專利名稱：一種碲化鉍基熱電材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碲化鉍基熱電材料Biix(InSb)xI^62及其制備方法，屬于無機(jī)材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Bi2Te3基化合物是最早發(fā)現(xiàn)和研究的熱電材料，也是目前應(yīng)用最廣的商業(yè)化中溫?zé)犭姴牧?。其熱電性能的極限^在很長一段時(shí)間一直為 1左右。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，Bi2I^3基熱電材料的研究重點(diǎn)也轉(zhuǎn)向了納米尺度的Bi2I^3基熱電材料的制備。用水熱法制備Bi2Te53納米管，還有電化學(xué)沉積Bi2Te53基納米線陣列，激光脈沖趁機(jī)獲金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積等方法制備Bi2I^3薄膜。其中，值得一提的是Bed Poudel等人通過對(duì)p-type BiSbTe晶體用球磨機(jī)進(jìn)行研磨成納米粉體，然后進(jìn)行熱壓，測量得到的ZT值在370K附近可達(dá) 1.4。但是，由于納米結(jié)構(gòu)在熱循環(huán)過程中容易受到破壞，并且不容易加工成器件等缺點(diǎn)，納米Bi2Te53基熱電材料的發(fā)展受到很大的限制。所以在本發(fā)明中，采用了傳統(tǒng)的固熔體方法和摻雜方法合成塊體材料，通過調(diào)節(jié)Bi2Te53基中Te的含量，并在Bi位摻雜少量不同電負(fù)性，不同價(jià)電子數(shù)的^Sb從而調(diào)節(jié)載流子濃度，發(fā)現(xiàn)獲得的，Bi38-, (InSb) Je62化合物在323 K的ZT值達(dá)到1. 108。而合成的未摻雜Bi38Te62, ZT值最大為0. 767， 說明摻雜少量的^Sb調(diào)節(jié)了載流子濃度，使得ZT得到優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是用傳統(tǒng)簡單的固熔和摻雜方法的得到較高ZT值的Bi2Te53基熱電材料。通過在Bi2Te53基熱電材料中適當(dāng)?shù)母淖僒e含量，并摻雜少量的^iSb，合成 Bi38_x (InSb) Jii62化合物，發(fā)現(xiàn)該化合物在323 K的ZT值達(dá)到1. 108。在本發(fā)明中，Biix(InSb)xTi562化合物，其特征是Te名義摩爾含量在 62%，并在 Bi位摻雜少量的化釙，其中0. 6彡χ彡0. 8。本發(fā)明的碲化鉍基熱電材料Bi38_x(InSb)xTe62的制備方法和測試方法包括以下步驟
1.制備方法一步合成法，包括如下步驟將可選用單質(zhì)原料按Biix(InSb)xI^62 (0.6^x^0. 8)的化學(xué)式含量稱重。裝入底部燒結(jié)較平石英管中進(jìn)行真空線封管，然后豎直放入馬弗爐中，在780°C燒結(jié)反應(yīng)2至3天，然后緩慢降溫至530°C，即獲得Bi38_x(InSb)
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Xi 620本發(fā)明的制備方法，其突出優(yōu)點(diǎn)在于制備技術(shù)簡單，直接得到致密度高的塊體材料。2.測試方法電導(dǎo)率及賽貝克系數(shù)測量在ULVAC ΖΕΜ-3上進(jìn)行，熱擴(kuò)散系數(shù)測試在激光熱導(dǎo)儀(Netzsch LFA 457)上進(jìn)行(氬氣氣氛，以pyrOCeram9606為標(biāo)樣)，熱導(dǎo)率由公式κ (T) = α (T) X Cp(T) X P (T)計(jì)算得到。其中，α (T)指熱擴(kuò)散系數(shù)，Cp(T)指熱容，P (T)指實(shí)驗(yàn)樣品的密度。
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本發(fā)明的Bi38_x (InSb) Je62化合物的熱電性能突出，致密度高，有可能在空間探索等領(lǐng)域得到應(yīng)用。


圖1為Bi38_x (InSb) Je62電阻率隨溫度變化圖； 圖2為Biix(InSb)xTii62熱電勢(shì)隨溫度變化圖3為Bi38_x(InSb)xI^62熱導(dǎo)隨溫度變化圖； 圖4為Bi38^(InSb)xTe62的熱電性能值(ZT值)圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 一步合成法合成Biix(InSb)xTe62
將可選用單質(zhì)原料按Bi38_x (InSb) Je62 (0. 6彡χ彡0. 8)的化學(xué)式含量稱重。裝入底部燒結(jié)較平石英管中進(jìn)行真空線封管，然后豎直放入馬弗爐中，在780°C燒結(jié)反應(yīng)2至3天， 然后緩慢降溫至530°C，即獲得Bi38_x(InSb) Ji5e2。實(shí)施例2 切割打磨樣品Bi38_xanSb)xI^62進(jìn)行熱電性能測試
將上述方法制備得到的Bi38_x(InSb)xTe62塊材樣品用金剛石切割機(jī)切割，然后用砂紙打磨。樣品先用切割機(jī)切割出基本的圓片和長方體樣品，然后用砂紙打磨；圓片樣品厚度為 1. 93mm，直徑10. 17mm。長方體的橫截面積為2. 16 X 2. 16 mm2，在耐馳LFA457裝置上測試圓片的熱擴(kuò)散系數(shù)，采用pyrocream 9606作為標(biāo)樣，并在氬氣氣氛下測試。在ULVAC ZEM-3 上測試其電導(dǎo)率及賽貝克系數(shù)。實(shí)施例3 樣品Biix(InSb)xI^62的熱電性能測試結(jié)果
上述測試結(jié)果表明，電阻率隨溫度增大而增大，由室溫下的8. 03*10_6Ω m增大到447K 下的9.99*10_6ΩΠΙ。賽貝克系數(shù)的絕對(duì)值隨著溫度的升高先增大，在321時(shí)達(dá)到最大 234μν/Κ，然后減小。賽貝克系數(shù)為負(fù)表明Bi38_s anSb)sTe62的大多數(shù)載流子是電子。熱導(dǎo)率隨溫度升高變大，其中，室溫附近的熱導(dǎo)為1. 9ff/m. K。根據(jù)熱電優(yōu)值公式Z=S2 σ /K，其中S為材料的賽貝克系數(shù)，σ為電導(dǎo)率，K為熱導(dǎo)率，可得出Biix(InSb)xI^62樣品的ZT值在 323Κ 為 1. 108。
權(quán)利要求
1.一種含hSb元素的鉍碲基熱電材料Biix(InSb)xI^62，其特征在于鉍位電子組態(tài)為 6s26p3,In的電子組態(tài)為M2Sp1Jb電子組態(tài)為5s25p3 ；鉍位摻雜了少量不同電負(fù)性，不同價(jià)電子數(shù)的In和Sb ； (BiInSb) =Te的名義摩爾比例為38 :62。
2.—種權(quán)利要求1所述鉍碲基熱電材料Bi38_x(InSb)xTe62，其特征在于鉍碲中碲的名義摩爾成分為62%，并在鉍位摻雜了少量的h和Sb，其中0. 6 < χ < 0. 8。
3.—種權(quán)利要求1所述的鉍碲基熱電材料Biix(InSb)xI^62的制備方法，該制備方法為一步合成法，包括如下步驟將可選用單質(zhì)原料按Bi38_x (InSb) xTe62,0. 6彡χ彡0. 8，化學(xué)式含量稱重；裝入底部燒結(jié)較平石英管中進(jìn)行真空線封管，然后豎直在780°C燒結(jié)反應(yīng)2至 3天，然后緩慢降溫至530°C即獲得Biix(InSb)xTi5f^
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碲化鉍基熱電材料Bi38-x(InSb)xTe62及其制備方法，屬于無機(jī)材料領(lǐng)域。本發(fā)明采用一步合成法進(jìn)行合成。合成條件在780℃反應(yīng)2至3天，然后緩慢降溫至530℃即獲得。本發(fā)明中，化合物Bi38-x(InSb)xTe62的特征在于鉍碲中碲的名義成分為62%，并在鉍位摻雜了少量的In和Sb，其中0.6≤x≤0.8。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是制備方法簡單——傳統(tǒng)簡單的固熔和摻雜方法，直接得到具有高致密度的塊體材料，且本發(fā)明得到的熱電材料Bi38-δ(InSb)δTe62的ZT值在323K時(shí)可達(dá)到1.108。
文檔編號(hào)H01L35/16GK102403445SQ201110242610
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者吳立明, 陳玲, 陳紅 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所