【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热电器件。
技术介绍
1、热电材料是一种可实现热能和电能直接相互转换的能源材料。mg3(sb,bi)2基zintl相热电材料是近几年来新兴的热电材料，该热电材料具有组成元素含量丰富、制备工艺简单等优点，在室温和中温类热电材料中具有优异的热电性能。但是该类材料化学稳定性较差，在空气环境中就会发生腐蚀现象随后自发分解，导致材料的热电性能急剧下降，限制了该类材料的应用。因此，在保障材料具有高热电性能的基础上，提高材料的化学稳定性是该类材料在应用过程中急于解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术要解决现有mg3(sb,bi)2基zintl相热电材料化学稳定性较差的问题，进而提供一种兼具高化学稳定性和高热电性能的mg3(sb,bi)2基热电器件的制备方法。
2、一种兼具高化学稳定性和高热电性能的mg3(sb,bi)2基热电器件的制备方法，它是按照以下步骤进行的：
3、一、在氩气气氛水氧含量低于1ppm的手套箱中，按照化学通式为mg3.2sb0.5bi1.49te0.01alx的化学计量比称取mg屑、sb粒、bi粒、te粒和al块体，得到称取的原料，其中x＝0.10～0.25；在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，将称取的原料置于球磨罐中，并放入不锈钢球封紧，得到充满氩气封紧的球磨罐，在空气环境中，将充满氩气封紧的球磨罐置于高速球磨机中，在电机转速为1000转/分钟～1500转/分钟的条件下，高速球磨5h～10h，然后在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中打开
4、二、将fe箔置于石墨模具中作为第一fe层，将mg3.2sb0.5bi1.49te0.01alx粉末置于第一fe层之上并压平，得到第二mg3.2sb0.5bi1.49te0.01alx层，再将另一fe箔置于第二mg3.2sb0.5bi1.49te0.01alx层之上，得到第三fe层，即得到填充有fe箔/n型mg3(sb,bi)2/fe箔的石墨模具；将填充有fe箔/n型mg3(sb,bi)2/fe箔的石墨模具置于感应加热烧结炉中，在炉腔压强为0.03mpa～0.05mpa的氩气气氛中，以升温速度为80k/min～120k/min，将温度升温至1023k～1123k，然后在烧结温度为1023k～1123k及烧结压力为40mpa～60mpa的条件下，烧结15min～25min，烧结后随炉冷却到室温，得到fe箔/n型mg3(sb,bi)2/fe箔试件，将fe箔/n型mg3(sb,bi)2/fe箔试件切割成长条，得到fe箔/n型mg3(sb,bi)2/fe箔长条试件；
5、三、以al2o3陶瓷作为器件上下基板，通过低温端焊料和高温端焊料，将fe箔/n型mg3(sb,bi)2/fe箔长条试件及p型碲化铋长条试件焊接于al2o3基板上，得到mg3(sb,bi)2/碲化铋制冷器件。
6、本专利技术的有益效果是：
7、1、本专利技术公布了一种通过al元素掺杂提高mg3(sb,bi)2基zintl相化学稳定性和热电性能的方法。采用球磨结合热压烧结工艺，在mg3(sb,bi)2晶格中固溶进al元素，同时在样品中构建mg17al12耐腐蚀第二相。试样在空气环境中，al元素掺杂所形成的mg17al12第二相作为阳极优先于基体腐蚀，保护住阴极相mg3(sb,bi)2基体。此外，试样在去离子水中，表面将形成了al2o3/mgo复合保护层，延缓了腐蚀向材料内部的延伸。以上作用共同促使了mg3(sb,bi)2试件化学稳定性的提升。
8、2、根据制备方法所制备出的mg3.2sb0.5bi1.49te0.01al0.20样品在300k时热电优值达到0.596。利用fe箔作为阻挡层，p型采用碲化铋，n型采用mg3.2sb0.5bi1.49te0.01al0.20样品所制备出的7对p-n对制冷器件，在300k时最大制冷温差为56k。该结果优于采用未掺入al元素mg3.2sb0.5bi1.49te0.01样品作为n型，按照同样制备方法所制备的7对p-n对制冷器件。
9、3、根据制备方法所制备的al元素掺杂样品mg3.2sb0.5bi1.49te0.01al0.20在水中浸泡7天，腐蚀深度小于50μm。然而，未掺杂al元素的mg3.2sb0.5bi1.49te0.01样品，水中浸泡7天，有明显的腐蚀裂纹，腐蚀深度大于500μm，未掺杂al样品热电功能性基本失效。
10、4、mg3.2sb0.5bi1.49te0.01al0.20成分所制备出的7对p-n对制冷器件在300k及70％h环境中服役28天，内阻变化小于6％。经服役后，在300k时最大温差为53k仍优于mg3.2sb0.5bi1.49te0.01样品所制备出的7对p-n对制冷器件。然而，经过上述相同服役环境和天数后mg3.2sb0.5bi1.49te0.01样品所制备出的7对p-n对制冷器件内阻变化29％，器件基本失效。以上结果说明采用本方法所制备的mg3(sb,bi)2基热电制冷器件具有较好的制冷性能以及器件稳定性。
11、本专利技术用于一种兼具高化学稳定性和高热电性能的mg3(sb,bi)2基热电器件的制备方法。
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1.一种兼具高化学稳定性和高热电性能的Mg3(Sb,Bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
2.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的Mg3(Sb,Bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤一中按照化学式为Mg3.2Sb0.5Bi1.49Te0.01Al0.20的化学计量比称取Mg屑、Sb粒、Bi粒、Te粒和Al块体。
3.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的Mg3(Sb,Bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤一中所述的Mg屑、Sb粒、Bi粒、Te粒和Al块体的总质量与不锈钢球的质量比为1:(2～3)。
4.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的Mg3(Sb,Bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤一中所述的Mg屑、Sb粒、Bi粒、Te粒和Al块体的纯度为99.9％以上，尺寸均为微米级别。
5.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的Mg3(Sb,Bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤二中所述的Fe箔厚度为0.2mm～0.3m
6.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的Mg3(Sb,Bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤二中所述的第二Mg3.2Sb0.5Bi1.49Te0.01Alx层厚度为2.8mm～3.2mm。
7.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的Mg3(Sb,Bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤二中所述的Fe箔/n型Mg3(Sb,Bi)2/Fe箔长条试件的高度为2.8mm～3.2mm，长度为1.55mm～1.65mm，长宽比为(0.9～1.1):1。
8.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的Mg3(Sb,Bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤三中在上基板上附着八个Cu片，在下基板上附着七个Cu片，以一个Fe箔/n型Mg3(Sb,Bi)2/Fe箔长条试件和一个P型碲化铋长条试件为一对试件，利用低温端焊料和高温端焊料将七对试件分别焊接于Al2O3基板上，组成7对p-n对π型器件。
9.根据权利要求8所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的Mg3(Sb,Bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于所述的P型碲化铋长条试件具体是按以下步骤进行制备：在氩气气氛水氧含量低于1ppm的手套箱中，按照化学式为Bi0.399Sb1.596Pb0.005Te3的化学计量比称取Bi粒、Sb粒、Pb块及Te粒，得到称取的原料；将称取的原料置于石英管中，使用真空泵将石英管抽真空并采用高温火焰封口，将封好装有原料的石英管置于马弗炉中，以升温速度为80K/min～120K/min，将温度升温至1153K～1193K，在温度为1153K～1193K的条件下，保温7h～9h，然后随炉冷却，得到熔炼好的铸锭，将熔炼好的铸锭放入无水乙醇中超声清洗，随后在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，将清洗的铸锭置于球磨罐中，并放入不锈钢球封紧，得到充满氩气封紧的球磨罐，所述的清洗的铸锭与不锈钢球的质量比为1:(2～3)；在空气环境中，将充满氩气封紧的球磨罐置于高速球磨机中，在电机转速为1000转/分钟～1500转/分钟的条件下，高能球磨机球磨1h～3h，得到P型碲化铋粉末；将P型碲化铋粉末置于石墨模具中，然后利用放电等离子烧结炉，在真空环境下，以升温速度为80K/min～120K/min，将温度升温至653K～693K，在温度为653K～693K及烧结压力为70MPa～90MPa的条件下，保温4min～6min，然后随炉冷却，得到P型碲化铋试件；将P型碲化铋试件切割，得到P型碲化铋长条试件，所述的P型碲化铋长条试件高度为2.8mm～3.2mm，长度为1.55mm～1.65mm，长宽比为(0.9～1.1):1。
10.根据权利要求8所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的Mg3(Sb,Bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤三中所述的低温端焊料为Sn0.42Bi57.6Ag0.4焊料；
...【技术特征摘要】
1.一种兼具高化学稳定性和高热电性能的mg3(sb,bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
2.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的mg3(sb,bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤一中按照化学式为mg3.2sb0.5bi1.49te0.01al0.20的化学计量比称取mg屑、sb粒、bi粒、te粒和al块体。
3.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的mg3(sb,bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤一中所述的mg屑、sb粒、bi粒、te粒和al块体的总质量与不锈钢球的质量比为1:(2～3)。
4.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的mg3(sb,bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤一中所述的mg屑、sb粒、bi粒、te粒和al块体的纯度为99.9％以上，尺寸均为微米级别。
5.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的mg3(sb,bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤二中所述的fe箔厚度为0.2mm～0.3mm，具体是由fe粉烧结致密并经砂纸打磨去除表面氧化层后得到。
6.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的mg3(sb,bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤二中所述的第二mg3.2sb0.5bi1.49te0.01alx层厚度为2.8mm～3.2mm。
7.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的mg3(sb,bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤二中所述的fe箔/n型mg3(sb,bi)2/fe箔长条试件的高度为2.8mm～3.2mm，长度为1.55mm～1.65mm，长宽比为(0.9～1.1):1。
8.根据权利要求1所述的一种兼具高化学稳定性和高热电性能的mg3(sb,bi)2基热电器件的制备方法，其特征在于步骤三中在上基板上附着八个cu片，在下基板上附着七个cu片，以一个fe箔/n型mg...
【专利技术属性】
技术研发人员：隋解和，俞志远，郭逢凯，刘紫航，蔡伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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