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提高 氧化物热电材料的热电性能的方法

阅读：879发布：2024-02-23

专利汇可以提供提高氧化物热电材料的热电性能的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及提高氧化物热电材料的热电性能的方法，属于材料加工领域。本发明的提高氧化物热电材料的热电性能的方法包括将氧化物热电材料在惰性氛围中电弧熔炼，所述电弧熔炼的过程是将氧化物热电材料8～15秒内加热至其熔点，随后4～9秒内冷却至15～29℃。本发明与现有技术相比具有以下优点：1.绿色经济:整个电弧熔炼过程中没有涉及到化学反应，无废水、废气产生，对环境无污染；同时，没有用到化学药品，降低了生产成本，绿色经济。2.过程可控：电弧熔炼炉的坩埚为水冷铜坩埚，依靠调节水速可定量调节冷却速度，而熔化温度可通过调节功率实现。3.效果显著、工艺简单。，下面是提高氧化物热电材料的热电性能的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.提高氧化物热电材料的热电性能的方法，其特征在于，所述方法包括将氧化物热电
材料在惰性氛围中电弧熔炼，所述电弧熔炼的过程是将氧化物热电材料在8～15秒内加热至其熔点，随后4～9秒内冷却至15～29℃。
2.根据权利要求1所述的提高氧化物热电材料的热电性能的方法，其特征在于，所述氧化物热电材料为NaCo2O4、Ca3Co4O9、SrTiO3、CaMnO3、LaCoO3、LaAlO3、RCoO3、BaPbO3、CuAlO2、BiCuSeO、Bi2O2Se、BaSrPbO3、In4Sn3O12、ZnO、NiO、CuO、TiO2、SnO2、ZrO2、CeO2、Cu2O、WO3、In2O3、Y2O3或Nb2O5。
3.根据权利要求1或2所述的提高氧化物热电材料的热电性能的方法，其特征在于，所
述方法还包括在电弧熔炼前将氧化物热电材料压制成型，优选的压力范围200～800MPa，优选压制成丸状。
4.根据权利要求1—3任一项所述的提高氧化物热电材料的热电性能的方法，其特征在
于，所述方法还包括将电弧熔炼的产物进行粉碎，研磨即得高热电性能的氧化物热电材料。
5.根据权利要求1—4任一项所述的提高氧化物热电材料的热电性能的方法，其特征在
于，所述惰性氛围采用氩气。
6.根据权利要求1—5任一项所述的提高氧化物热电材料的热电性能的方法，其特征在
于，所述电弧熔炼采用电弧熔炼炉，所述电弧熔炼炉的坩埚为水冷铜坩埚。
7.根据权利要求1—6任一项所述的提高氧化物热电材料的热电性能的方法，其特征在
于，所述电弧熔炼的过程重复三次。
8.根据权利要求1—7任一项所述的提高氧化物热电材料的热电性能的方法，其特征在
于，所述电弧熔炼的过程的电流为300～1200A。
9.根据权利要求4所述的提高氧化物热电材料的热电性能的方法，其特征在于，所述高热电性能的氧化物热电材料的颗粒直径分布为0.1～20um。
10.根据权利要求1—9任一项所述方法制备得到的氧化物热电材料，其特征在于，所述氧化物热电材料的颜色加深，且ZT值提高0.08～0.35。

说明书全文

提高氧化物热电材料的热电性能的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及提高氧化物热电材料的热电性能的方法，属于材料加工领域。

背景技术

[0002] 热电材料是一种先进的能量转换材料，可实现热能和电能的直接转换。而氧化物热电材料因其具有优良的结构稳定性和化学稳定性，能在高温条件下抗氧化，制备过程简单，绿色经济等特点，被认为是一种在高温条件下具有潜在应用前景的新型热电转换材料。

[0003] 然而现有的制备技术制备的氧化物热电材料都存在塞贝克系数低、电导率低和导热系数高等缺点，导致其热电性能较差。目前主要是通过掺杂的方法来提高氧化物热电材料的热电性能，但是掺杂技术不可控，对环境有一定的污染，成本过高，不适合工业化生产，且对提高氧化物热电材料的热电性能效果不太显著。

[0004] 申请号为200510012221.1的中国专利申请公开了一种N型铌酸钴氧化物热电材料及其制备方法，其采用掺杂的方法来提高氧化物热电材料的热电性能，技术不可控，对环境有一定的污染，成本过高，不适合工业化生产，且对提高氧化物热电材料的热电性能效果不太显著。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种提高氧化物热电材料热电性能的方法。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明的提高氧化物热电材料的热电性能的方法包括将氧化物热电材料在惰性氛围中电弧熔炼，所述电弧熔炼的过程是将氧化物热电材料在8～15秒内加热至其熔点，随后4～9秒内冷却至15～29℃。

[0007] 进一步的，所述氧化物热电材料为NaCo2O4、Ca3Co4O9、SrTiO3、CaMnO3、LaCoO3、LaAlO3、RCoO3、BaPbO3、CuAlO2、BiCuSeO、Bi2O2Se、BaSrPbO3、In4Sn3O12、ZnO、NiO、CuO、TiO2、SnO2、ZrO2、CeO2、Cu2O、WO3、In2O3、Y2O3或Nb2O5。

[0008] 进一步的，所述方法还包括在电弧熔炼前将氧化物热电材料压制成型，优选的压力范围200～800MPa，优选压制成丸状。

[0009] 进一步的，所述方法还包括将电弧熔炼的产物进行粉碎，研磨即得高热电性能的氧化物热电材料。

[0010] 优选的，所述惰性氛围采用氩气。

[0011] 优选的，所述电弧熔炼采用电弧熔炼炉，所述电弧熔炼炉的坩埚为水冷铜坩埚。

[0012] 优选的，所述电弧熔炼的过程重复三次。

[0013] 优选的，所述电弧熔炼的过程的电流为300～1200A。

[0014] 优选的，所述高热电性能的氧化物热电材料的颗粒直径分布为0.1～20um。

[0015] 本发明要解决的第二个技术问题是，提供一种氧化物热电材料，所述氧化物热电材料由上述方法制备得到，其氧化物热电材料的颜色加深，且ZT值提高0.08～0.35。

[0016] 有益效果：本发明提供的提高氧化物热电材料热电性能的方法通过电弧熔炼快速熔融和急冷的过程，能够使氧化物热电材料有效地保持在亚稳相状态并减少了晶界缺陷，从而提高氧化物热电材料热电性能，与现有技术相比具有以下优点：

[0017] 1.绿色经济:整个电弧熔炼过程中没有涉及到化学反应，无废水、废气产生，对环境无污染；同时，没有用到化学药品，降低了生产成本，绿色经济。

[0018] 2.过程可控：电弧熔炼炉的坩埚为水冷铜坩埚，依靠调节水速可定量调节冷却速度，而熔化温度可通过调节功率实现。

[0019] 3.效果显著、工艺简单。

具体实施方式

[0020] 本发明的提高氧化物热电材料的热电性能的方法包括将氧化物热电材料在惰性氛围中电弧熔炼，所述电弧熔炼的过程是将氧化物热电材料在8～15秒内加热至其熔点，随后4～9秒内冷却至15～29℃。

[0021] 进一步的，所述氧化物热电材料为NaCo2O4、Ca3Co4O9、SrTiO3、CaMnO3、LaCoO3、LaAlO3、RCoO3、BaPbO3、CuAlO2、BiCuSeO、Bi2O2Se、BaSrPbO3、In4Sn3O12、ZnO、NiO、CuO、TiO2、SnO2、ZrO2、CeO2、Cu2O、WO3、In2O3、Y2O3或Nb2O5。

[0022] 进一步的，所述方法还包括在电弧熔炼前将氧化物热电材料压制成型，优选的压力范围200～800MPa，优选压制成丸状。

[0023] 进一步的，所述方法还包括将电弧熔炼的产物进行粉碎，研磨即得高热电性能的氧化物热电材料。

[0024] 优选的，所述惰性氛围采用氩气。

[0025] 优选的，所述电弧熔炼采用电弧熔炼炉，所述电弧熔炼炉的坩埚为水冷铜坩埚。

[0026] 优选的，所述电弧熔炼的过程重复三次。

[0027] 优选的，所述电弧熔炼的过程的电流为300～1200A。

[0028] 优选的，所述高热电性能的氧化物热电材料的颗粒直径分布为0.1～20um。

[0029] 本发明要解决的第二个技术问题是，提供一种氧化物热电材料，所述氧化物热电材料由上述方法制备得到，其氧化物热电材料的颜色加深，且ZT值提高0.08～0.35。

[0030] 下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

[0031] 实施例1

[0032] 首先将氧化物热电材料ZnO粉末在350Mpa下模压制成丸状，放入钟罩式电弧熔炼炉中。

[0033] 再将电弧熔炼炉内抽真空，反复抽几次，直到电弧炉内的真空度低于10-2Pa时，冲入惰性气体氩气进行保护。

[0034] 然后调节熔炼电流650A进行熔炼，同时把水速调至最大处，使丸状氧化物热电材料ZnO在电弧高温作用下12秒熔化滴落到水冷铜坩埚内，6秒冷却至室温，反复熔炼三次。

[0035] 最后将冷却后的产物进行粉碎，研磨，颗粒直径分布为0.4～8um。

[0036] 所得到的氧化物热电材料ZnO的颜色由白色变成了米黄色，且热电性能得到显著提高，其热电性能详见表1。

[0037] 实施例2

[0038] 首先将氧化物热电材料NaCo2O4粉末在450Mpa下模压制成丸状，放入钟罩式电弧熔炼炉中。

[0039] 再将电弧熔炼炉内抽真空，反复抽几次，直到电弧炉内的真空度低于10-2Pa时，冲入惰性气体氩气进行保护。

[0040] 然后调节熔炼电流550A进行熔炼，同时把水速调至最大处，使丸状氧化物热电材料NaCo2O4在电弧高温作用下9秒熔化滴落到水冷铜坩埚内，5秒冷却至室温，反复熔炼三次。

[0041] 最后将冷却后的产物进行粉碎，研磨，颗粒直径分布为0.8～12um。

[0042] 所得到的氧化物热电材料NaCo2O4的颜色由浅灰色变成了黑色，且热电性能得到显著提高，其热电性能详见表1。

[0043] 实施例3

[0044] 首先将氧化物热电材料SrTiO3粉末在600Mpa下模压制成丸状，放入钟罩式电弧熔炼炉中。

[0045] 再将电弧熔炼炉内抽真空，反复抽几次，直到电弧炉内的真空度低于10-2Pa时，冲入惰性气体氩气进行保护。

[0046] 然后调节熔炼电流500A进行熔炼，同时把水速调至最大处，使丸状氧化物热电材料SrTiO3在电弧高温作用下10秒熔化滴落到水冷铜坩埚内，4秒冷却至室温，反复熔炼三次。

[0047] 最后将冷却后的产物进行粉碎，研磨，颗粒直径分布为0.5～9um。

[0048] 所得到的氧化物热电材料SrTiO3的颜色由褐色变成了黑色，且热电性能得到显著提高，其热电性能详见表1。

[0049] 对比例1

[0050] 对比例1与实施例1相似，不同之处为，对比例1的ZnO压制成型后，在超高压烧结模具中烧结，而非电弧熔炼，烧结压力9Gpa,1200℃烧结1分钟。

[0051] 得到的颗粒直径分布为5～12um。

[0052] 所得到的氧化物热电材料ZnO的颜色淡黄色，其热电性能详见表1。

[0053] 对比例2

[0054] 对比例2与实施例2相似，不同之处为，对比例2的NaCo2O4压制成型后，在高压烧结模具中烧结，而非电弧熔炼，烧结压力9Gpa,1200℃烧结1分钟。

[0055] 得到的颗粒直径分布为7-15um。

[0056] 所得到的氧化物热电材料NaCo2O4的颜色深灰色，其热电性能详见表1。

[0057] 对比例3

[0058] 对比例3与实施例3相似，不同之处为，对比例3的SrTiO3压制成型后，在高压烧结模具中烧结，而非电弧熔炼，烧结压力9Gpa,1200℃烧结1分钟。

[0059] 得到的颗粒直径分布为2～14um。

[0060] 所得到的氧化物热电材料SrTiO3的颜色咖啡色，其热电性能详见表1。

[0061] 表1实施例及对比例热电性能

[0062]

[0063] 由上述实施例及对比例可以看出，本发明的氧化物热电材料制备方法简单，由于该方法经历了多次快速熔融和急冷的过程，能够使氧化物热电材料有效地保持在亚稳相状态并减少了晶界缺陷，从而使其热电性能得到显著提高。而且，由于该方法属于物理分离方法和没有用到化学药品，所以无废水、废气产生，对环境无污染，降低了生产成本，减少了能源消耗，适合工业化生产。

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