一种锆镍锡基半哈斯勒-石墨烯复合热电材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锆镍锡基半哈斯勒

【技术实现步骤摘要】
一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在热电材料领域，即使是满足“声子玻璃、电子晶体(PGEC)”的材料，如果仅仅是本征的材料本身，在电或是热输运性能上往往会存在短板，所以很难获得理想的热电性能。因此，“复合材料”的概念在热电研究领域受到广泛关注，大量的研究工作都或多或少会涉及至少一种外部材料的引入。将石墨烯复合进入热电材料调节热电性能是近年来提出的新课题，石墨烯片层诱导的量子限域效应(QCE)被认为是一种协同调控电声子输运性能的有效手段，这主要归因于其特殊的二维层状结构所带来的极高的电导率(16000S/m)和比表面积(2630m2/g)，但是石墨烯掺杂工艺经常需要面对原料团聚的问题，要使石墨烯能够产生希望的掺杂效果，首要前提便是获得分布均匀的单层/多层石墨烯片层。
[0003]现有的石墨烯掺杂工艺获得的单层/多层石墨烯片层分布不均匀，从而影响石墨烯的掺杂效果。

技术实现思路

[0004]基于上述问题，第一方面，本专利技术提供一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料，该锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料实现了热电性能的显著提升。
[0005]技术方案是：一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料，主要由锆、铪、镍、锡、锑和石墨烯制成，其中：
[0006]锆：铪：镍：锡：锑摩尔比为0.4
‑
0.6：0.4
‑
0.6：0.9
‑
1.1：0.97
‑
0.99：0.01
‑
0.03。
[0007]可选地，锆：铪：镍：锡：锑摩尔比为0.45
‑
0.55:0.95
‑
1.05:0.975
‑
0.985:0.015
‑
0.025。
[0008]可选地，所述石墨烯和Ni粉经球磨冷压形成前驱块体。
[0009]可选地，0wt％<石墨烯<锆、镍以及锡质量之和的1wt％。
[0010]可选地，锆、镍以及锡质量之和的0.05wt％<石墨烯<锆、镍以及锡质量之和的0.2wt％。
[0011]第二方面，本专利技术还提供一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料的制备方法，该方法包括等离子烧结步骤。
[0012]技术方案是：一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料的制备方法，该方法包括等离子烧结步骤：
[0013]称取锆、铪、镍、锡、锑和石墨烯粉并破碎成样品；
[0014]放电等离子体烧结样品得产品；
[0015]可选地，锆、铪、镍、锡、锑和石墨烯的含量为上述的含量。
[0016]可选地，等离子烧结步骤还包括球磨步骤或/和冷压成型步骤。
[0017]可选地，所述放电等离子体烧结的条件为：压力50
‑
70MPa，8
‑
15min从室温升温至
850
‑
950℃并保持10
‑
15min，最终随炉冷却。
[0018]可选地，压力65MPa，10min从室温升温至900℃并保持10min，最终随炉冷却。
[0019]可选地，球磨步骤的条件为：支撑盘转数为200r/min，球磨罐转数为
‑
100～
‑
300r/min，相对率为
‑
1，球磨时间为转10
‑
20min暂停5
‑
10min，重复。
[0020]可选地，支撑盘转数为200r/min，球磨罐转数为
‑
200r/min，相对率为
‑
1，球磨时间为转10min暂停10min，重复。
[0021]可选地，冷压成型步骤的条件为：10
‑
30MPa的压力冷压。
[0022]可选地，20MPa的压力冷压。
[0023]第三方面，本专利技术还提供一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料的制备方法，该方法先采用悬浮熔炼步骤，后采用等离子烧结步骤。
[0024]技术方案是：一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料的制备方法，该方法先采用悬浮熔炼步骤，后采用等离子烧结步骤，其中：
[0025]悬浮熔炼步骤包括：
[0026]称取锆、铪、镍、锡、锑粉和石墨烯粉作为待熔炼原料；
[0027]待熔炼原料置入悬浮熔炼炉中熔炼得铸锭。
[0028]等离子烧结步骤包括：
[0029]放电等离子体烧结铸锭得产品。
[0030]可选地，锆、铪、镍、锡、锑和石墨烯的含量上述的含量。
[0031]可选地，所述悬浮熔炼中，待熔炼原料为分批次加入到悬浮熔炼炉坩埚中熔炼。
[0032]可选地，待熔炼原料分批次加入时，先加入Zr、Ni和石墨烯，后加入Sn。
[0033]可选地，Sn为过量加入。
[0034]可选地，Sn过量量为应加入量的5wt％。
[0035]可选地，所述悬浮熔炼的条件为：先将背底真空度抽至2
×
10
‑2Pa以下，充入流动氩气作为保护气氛，升温至1600～1800℃，保温时间5min，自然冷却；自然冷却后，加入后续待熔炼原料，重新抽真空并通入流动氩气进行悬浮熔炼。重复该工序直至所有待熔炼原料均被熔化，最后形成冷却样品。
[0036]可选地，冷却样品还进行重熔；
[0037]可选地，所述等离子烧结步骤还包括球磨步骤或/和冷压成型步骤。
[0038]可选地，所述放电等离子体烧结的条件为：压力50
‑
70MPa，8
‑
15min从室温升温至850
‑
950℃并保持10
‑
15min，最终随炉冷却。
[0039]可选地，压力65MPa，10min从室温升温至900℃并保持10min，最终随炉冷却。
[0040]可选地，球磨步骤的条件为：支撑盘转数为200r/min，球磨罐转数为
‑
100～
‑
300r/min，相对率为
‑
1，球磨时间为转10
‑
20min暂停5
‑
10min，重复。
[0041]可选地，支撑盘转数为200r/min，球磨罐转数为
‑
200r/min，相对率为
‑
1，球磨时间为转10min暂停10min，重复。
[0042]可选地，冷压成型步骤的条件为：10
‑
30MPa的压力冷压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料，主要由锆、铪、镍、锡、锑和石墨烯制成，其中：锆：铪：镍：锡：锑摩尔比为0.4
‑
0.6：0.4
‑
0.6：0.9
‑
1.1：0.97
‑
0.99：0.01
‑
0.03。2.根据权利要求1所述的锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料，其特征在于：锆：铪：镍：锡：锑摩尔比为0.45
‑
0.55:0.95
‑
1.05:0.975
‑
0.985:0.015
‑
0.025。3.根据权利要求1所述的锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料，其特征在于：所述石墨烯和Ni粉经球磨冷压形成前驱块体。4.根据权利要求1所述的锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料，特征在于：0wt％<石墨烯<锆、镍以及锡质量之和的1wt％。5.根据权利要求1所述的锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料，特征在于：锆、镍以及锡质量之和的0.05wt％<石墨烯<锆、镍以及锡质量之和的0.2wt％。6.一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料的制备方法，该方法包括等离子烧结步骤，该等离子烧结步骤包括：称取锆、铪、镍、锡、锑和石墨烯粉并破碎成样品；放电等离子体烧结样品得产品；可选地，锆、铪、镍、锡、锑和石墨烯的含量为权利要求1
‑
5任一所述的含量；可选地，等离子烧结步骤还包括球磨步骤或/和冷压成型步骤；可选地，所述放电等离子体烧结的条件为：压力50
‑
70MPa，8
‑
15min从室温升温至850
‑
950℃并保持10
‑
15min，最终随炉冷却；可选地，压力65MPa，10min从室温升温至900℃并保持10min，最终随炉冷却；可选地，球磨步骤的条件为：支撑盘转数为200r/min，球磨罐转数为
‑
100～
‑
300r/min，相对率为
‑
1，球磨时间为转10
‑
20min暂停5
‑
10min，重复；可选地，支撑盘转数为200r/min，球磨罐转数为
‑
200r/min，相对率为
‑
1，球磨时间为转10min暂停10min，重复；可选地，冷压成型步骤的条件为：10
‑
30MPa的压力冷压；可选地，20MPa的压力冷压。7.一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料的制备方法，该方法先采用悬浮熔炼步骤，后采用等离子烧结步骤，其中：悬浮熔炼步骤包括：称取锆、铪、镍、锡、锑粉和石墨烯粉作为待熔炼原料；待熔炼原料置入悬浮熔炼炉中熔炼得铸锭。等离子烧结步骤包括：放电等离子体烧结铸锭得产品；可选地，锆、铪、镍、锡、锑和石墨烯的含量为权利要求1
‑
5任一所述的含量；可选地，所述悬浮熔炼中，待熔炼原料为分批次加入到悬浮熔炼炉坩埚中熔炼；可选地，待熔炼原料分批次加入时，先加入Zr、Ni和石墨烯，后加入Sn；可选地，Sn为过量加入；可选地，Sn过量量为应加入量的5wt％；可选地，所述悬浮熔炼的条件为：先将背底真空度抽至2
×
10
‑
2Pa以下，充入流动氩气作为保护气氛，升温至1600～1800℃，保温时间5min，自然冷却；自然冷却后，加入后续待熔炼原料，重新抽真空并通入流动氩气进行悬浮熔炼。重复该工序直至所有待熔炼原料均被熔化，最后形成冷却样品；可选地，冷却样品还进行重熔；可选地，所述等离子烧结步骤还包括球磨步骤或/和冷压成型步骤，可选地，所述放电
等离子体烧结的条件为：压力50
‑
70MPa，8
‑
15min从室温升温至850
‑
950℃并保持10
‑
15min，最终随炉冷却；可选地，压力65MPa，10min从室温升温至900℃并保持10min，最终随炉冷却；可选地，球磨步骤的条件为：支撑盘转数为200r/min，球磨罐转数为
‑
100～
‑
300r/min，相对率为
‑
1，球磨时间为转10
‑
20min暂停5
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10min，重复；可选地，支撑盘转数为200r/min，球磨罐转数为
‑
200r/min，相对率为
‑
1，球磨时间为转10min暂停10min，重复；可选地，冷压成型步骤的条件为：10
‑
30MPa的压力冷压；可选地，20MPa的压力冷压。8.一种锆镍锡基半哈斯勒
‑
石墨烯复合热电材料的制备方法，该方法先采用混合Ni和石墨烯步骤，再采用等离子烧结步骤，其中：混合Ni和石墨烯步骤包括：称量Ni和石墨烯；球磨Ni和石墨烯；等离子烧结步骤包括：称量锆、铪、锡和锑；等离子烧结锆、铪、锡锑和混合Ni和石墨烯步骤的生成物得产品；可选地，锆、铪、镍、锡、锑和石墨烯的含量为权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐军，邱文彬，陈龙庆，邓浩，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：