一种低热导CuSbS2+X热电材料的制备方法专利检索- 锑的化合物专利检索查询-专利查询网

一种低热导CuSbS2+X热电材料的制备方法
申请号	CN201410689801.3	申请日	2014-11-25	公开(公告)号	CN104477991A	公开(公告)日	2015-04-01
申请人	北京科技大学;			发明人	张波萍; 李和章; 李少通; 周楷; 朱立峰; 张代兵;
摘要	一种低热导CuSbS2+x热电材料及制备方法，属于能源材料技术领域。本发明是将Cu、Sb和S按照化学量比CuSbS2+x配置，其中x取值范围为0≤x≤1。以Cu粉（质量百分比≥99.5%）、Cr粉（质量百分比≥99.5%）和S粉（质量百分比≥99.5%）作为原料，混合后放入行星式球磨机，在一定转速下干磨合成化合物粉体，然后加入一定量的无水乙醇进行湿磨，烘干后得到CuSbS2+x粉体，然后通过放电等离子烧结成块体。相比于其它中温区热电材料，CuSbS2+x具有较低的热导率，最低值为~0.05Wm-1K-1。该制备方法过程简便、易于操作，对设备和制备环境要求低，周期短、适合大规模生产。
权利要求	1.一种低热导CuSbS2+x热电材料的制备方法，其特征是：将Cu、Sb和S按照化学量比CuSbS2+x配置，其中x取值范围为0≤x≤1；通过机械合金法合成CuSbS2+x化合物前驱粉体，粉体晶粒尺寸为10~100nm；将前驱粉体经放电等离子烧结成块体，晶粒尺寸为-1 -1 0.2~2μm；300~500℃测试时，样品取得低热导率为0.05~0.3Wm K 。 2.按照权利要求1所述低热导CuSbS2+x热电材料的制备方法，其特征在于：按化学计量比称取质量百分数≥99.5%的Cu、Sb、S单质粉体，在5%H2+95%Ar保护下，以球料比20:1、干磨转数为425rpm球磨10h，湿磨转速为300 rpm，时间为1 h，制备出晶粒尺寸为10~100nm 的CuSbS2+x粉体；CuSbS2+x粉体通过放电等离子快速烧结技术，在压力50~100MPa，温度 400~500℃下保温1~20min，制备出晶粒尺寸为0.2~2μm的CuSbS2+x块体。
说明书全文	一种低热导CuSbS2+X热电材料的制备方法技术领域 [0001] 本发明属于能源材料技术领域，涉及一种低热导CuSbS2+x热电材料及其制备方法。背景技术 [0002] 热电材料是一种将热能和电能进行直接转化的材料，由其制成的热电器件具有体积小、无噪声、无运动部件、可靠性高等优点，在温差发电和热电制冷等方面有着广阔的应用前景。引人注目的1977年发射的“旅行者1号”于今年飞出太阳系，其电源便是放射性2 同位素供热的热电发电器。材料的热电性能可用无量纲热电优值ZT来衡量ZT=ασT/κ， 2 其中α为Seebeck系数，σ为电导率，κ为热导率，ασ被定义为材料的功率因子。制备低热导并保持较高电性能的热电材料仍是该领域的研究热点。 [0003] 纳米化作为降低热导率的主要手段，已广泛应用在Bi2Te3、CoSb3和AgnPbmSbnTem+2n等体系中，但其对热导率的降低仍存在局限性，高温下纳米化对于热导率降低趋势逐渐减-1 -1弱，因此上述体系热导率仅维持在~1Wm K 。为进一步提升材料热电性能并提高其转化效率，迫切需要开发新型低热导热电材料。清华大学王恒等人利用机械合金化结合放电等离-1 -1 子烧结技术制备了AgTeSb2低热导热电材料，673K时取得低热导~0.3 Wm K 和最大ZT值 1.59[H. Wang, J.F. Li, M. Zou, T. Sui, Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 202106]。 [0004] CuSbS2具有黄铜矿结构, 作为窄带隙的半导体材料，已用于红外-近红外探测和太阳能光伏电池的吸收层等领域。印度Vijay Kumar Gudelli等人利用第一性原理计算了CuGaTe2和CuSbS2的能带结构、态密度和热电性能参数，结果表明CuGaTe2和CuSbS2均有成-1 -1为性能优异热电材料的潜质。950K时，CuGaTe2经理论计算取得最低热导率~1 Wm K 和最大ZT值1.69，但并未给出CuSbS2热导率和ZT值的理论计算值[Vijay K.G. et al., J. Appl. Phys. 2013, 114, 223707]。发明内容 [0005] 本发明目的是制备一种低热导的CuSbS2+x块体热电材料，进一步研究其热电性能。 [0006] 本发明提供的CuSbS2+x热电材料的制备方法，其特征是：将Cu、Sb和S按照化学量比CuSbS2+x配置，其中x取值范围为0≤x≤1；通过机械合金法合成CuSbS2+x化合物前驱粉体，粉体晶粒尺寸为10~100nm。将前驱粉体经放电等离子烧结成块体，晶粒尺寸为-1 -10.2~2μm。300~500℃测试时，样品取得低热导率为0.05~0.3Wm K 。 [0007] 本发明提供上述CuSbS2+x热电材料其制备方法包括如下步骤：（1）CuSbS2+x前驱粉体的制备：按化学计量比称取质百分数>99.5%的Cu、Sb、S单质粉体，在5%H2+95%Ar保护下，以球料比20:1、干磨转数为425rpm球磨10h，湿磨转速为300 rpm，时间为1 h，制备出CuSbS2+x粉体；（2）CuSbS2+x块体材料的制备：采用步骤（1）制备出CuSbS2+x粉体，通过放电等离子快速烧结技术，在压力50~100MPa，温度400~500℃下保温烧结1～20min，制备出CuSbS2+x块体热电材料。 [0008] 本发明通过机械合金化制备出CuSbS2+x粉体，用放电等离子烧结技术制备低热导-1 -1CuSbS2+x块体热电材料，首次报道CuSbS2+x材料的热电性能。目前，热导率低至~0.05Wm K的CuSbS2+x热电材料未见报道。附图说明 [0009] 图1：450℃烧结CuSbS2 块体的XRD衍射图（a）和热导率（b）及ZT值（c）随温度变化图。具体实施方式 [0010] 按化学计量比称取质量百分数>99.5%的Cu、Sb、S单质粉体，在5%H2+95%Ar保护下，以球料比20:1、干磨转数为425rpm球磨10h，湿磨转速为300 rpm，时间为1h，制备出CuSbS2粉体。所得粉体经放电等离子烧结后，制备出CuSbS2块体热电材料。 [0011] 试验条件如下：0≤x≤1，放电等离子烧结温度为400~500℃，压力为50~100MPa。 [0012] 表1 本发明为450 ℃放电等离子烧结的CuSbS2块体热电材料的几个优选实施例：

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