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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源材料领域,尤其涉及一种p型camg2sb2基热电材料及其制备方法。
技术介绍
1、ab2x2型zintl化合物的晶体结构位六角层状结构,空间群为p-3m1。其中,阳离子a2+层与[b2x2]2-层以离子键方式相结合,其离子键可以作为声子传输的通道,使化合物具有“声子玻璃”的特性;而聚阴离子层内的b原子与x原子是以共价键方式结合,共价键的存在可保证化合物的高电子迁移率,是“电子晶体”的一种体现。由于该类材料中存在多种化学键和多种离子位置,使其热电性能具有非常大的可调性。
2、目前,对ab2x2型zintl化合物的研究主要集中在p型ybzn2sb2,p型ybcd2sb2基热电材料中。最近,camg2sb2热电材料由于其成本较低,且具有更软离子键而备受关注。但此类材料的本征载流子浓度和迁移率很低,且晶格热导率高,使得材料本征性能很差。目前,尽管各种优化策略被实施,其p型camg2sb2材料的热电性能最高也仅达到了0.85,这限制了它的大规模应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就在于提供一种新的p型camg2sb2基热电材料,以解决上述问题。
2、为了实现上述目的,本专利技术采用的技术方案是这样的:一种p型camg2sb2基热电材料,所述camg2sb2基热电材料的化学组成为:ca1-x-yybxliymg2-zcdzsb2,其中,0 < x < 0.7,0 < y < 0.03,0 < z ≤ 0.5。
3、作为优选的技术方案
4、本申请的专利技术人通过大量理论和试验研究发现,通过掺杂提高载流子浓度和迁移率,同时降低晶格热导率是提高camg2sb2材料的关键途径。具体而言,本申请采用yb、li、cd共掺杂,其中,采用适量yb、li部分取代ca,采用适量cd部分取代mg,显著提高了材料的载流子浓度和迁移率,并降低了材料的晶格热导率,实现了热电性能的提高。
5、本专利技术的目的之二,在于提供一种上述的p型camg2sb2基热电材料的制备方法,采用的技术方案为,所述方法包括以下步骤:
6、1)配料:按所述化学式中各元素的物质的量的比例称取反应原料;
7、2)将步骤1)所述反应原料密封于球磨罐中;
8、3)将步骤2)所得密封后的球磨罐放在球磨机上球磨原料,得到粉末;
9、4)将步骤3)所得粉末装入石墨模具中;
10、5)将步骤4)的石墨模具放在放电等离子烧结炉中烧结。
11、作为优选的技术方案,步骤2)中,所述密封原料到球磨罐在手套箱中进行。
12、作为进一步优选的技术方案,所述手套箱中氧浓度低于0.1 ppm,水浓度低于0.1ppm。
13、作为优选的技术方案,步骤3)中,所述球磨时采用高能球磨机,球磨机转速约为1500 r/min,球磨时间12~15 h。
14、作为优选的技术方案,步骤4)中,将粉末装入石墨模具是在充满氩气的手套箱中完成。
15、作为进一步优选的技术方案,所述手套箱中氧浓度低于0.1 ppm,水浓度低于0.1ppm。
16、作为优选的技术方案,步骤5)中,所述放电等离子烧结工艺为:在低于20 pa条件下,首先加压到5~10 mpa;然后升温到500~600℃并加压到50~70 mpa;随后保温保压5~10 min,在所述保压保温结束后进行降压降温。
17、作为进一步优选的技术方案,所有所述加压速率均为5~10 mpa/min,所述升温速率为50~100 ℃/min
18、与现有技术相比,本专利技术的优点在于:
19、一方面,本专利技术提供的p型camg2sb2基热电材料,采用yb、li、cd共掺杂显著提高了材料的载流子浓度和迁移率,获得了一个较好的电输运性能;另一方面,重元素yb和cd元素取代ca位和mg位可以增强声子散射,显著降低材料的晶格热导率,材料的最高zt在0.9~1.1。
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1.一种p型CaMg2Sb2基热电材料,其特征在于,所述CaMg2Sb2基热电材料的化学组成为:Ca1-x-yYbxLiyMg2-zCdzSb2,其中,0 < x < 0.7,0 < y < 0.03,0 < z ≤ 0.5。
2.根据权利要求1所述的p型CaMg2Sb2基热电材料,其特征在于,0.2 < x < 0.5,0.01< y < 0.02,0.3 < z < 0.5。
3.权利要求1或2所述的p型CaMg2Sb2基热电材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
4.根据权利要求3所述的p型CaMg2Sb2基热电材料的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述密封原料到球磨罐在手套箱中进行。
5.根据权利要求4所述的p型CaMg2Sb2基热电材料的制备方法,其特征在于,所述手套箱中氧浓度低于0.1 ppm,水浓度低于0.1 ppm。
6.根据权利要求3所述的p型CaMg2Sb2基热电材料的制备方法,其特征在于,步骤3)中,所述球磨时采用高能球磨机,球磨机转速约为1500 r/min,球磨时间12~15 h。
7.根据权利要求3所述的p型CaMg2Sb2基热电材料的制备方法,其特征在于,步骤4)中,将粉末装入石墨模具是在充满氩气的手套箱中完成。
8.根据权利要求7所述的p型CaMg2Sb2基热电材料的制备方法,其特征在于,所述手套箱中氧浓度低于0.1 ppm,水浓度低于0.1 ppm。
9.根据权利要求3所述的p型CaMg2Sb2基热电材料的制备方法,其特征在于,步骤5)中,所述放电等离子烧结工艺为:在低于20 Pa条件下,首先加压到5~10 MPa;然后升温到500~600℃并加压到50~70 MPa;随后保温保压5~10 min,在所述保压保温结束后进行降压降温。
10.根据权利要求9所述的p型CaMg2Sb2基热电材料的制备方法,其特征在于,所有所述加压速率均为5~10 MPa/min,所述升温速率为50~100 ℃/min。
...【技术特征摘要】
1.一种p型camg2sb2基热电材料,其特征在于,所述camg2sb2基热电材料的化学组成为:ca1-x-yybxliymg2-zcdzsb2,其中,0 < x < 0.7,0 < y < 0.03,0 < z ≤ 0.5。
2.根据权利要求1所述的p型camg2sb2基热电材料,其特征在于,0.2 < x < 0.5,0.01< y < 0.02,0.3 < z < 0.5。
3.权利要求1或2所述的p型camg2sb2基热电材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
4.根据权利要求3所述的p型camg2sb2基热电材料的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述密封原料到球磨罐在手套箱中进行。
5.根据权利要求4所述的p型camg2sb2基热电材料的制备方法,其特征在于,所述手套箱中氧浓度低于0.1 ppm,水浓度低于0.1 ppm。
6.根据权利要求3所述的p型camg2sb2基热电材料的制备方法,其特征...
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