一种室温热电材料Bi0.45Sb0.55Te1Se0.05及其制备方法技术

技术编号：44164613 阅读：6 留言：0更新日期：2025-01-29 10:37

本发明专利技术属于热能和电能的直接转换的功能材料技术领域，具体公开了一种室温热电材料Bi<subgt;0.45</subgt;Sb<subgt;0.55</subgt;Te<subgt;1</subgt;Se<subgt;0.05</subgt;及其制备方法，分子式为：Bi<subgt;0.45</subgt;Sb<subgt;0.55</subgt;Te<subgt;1</subgt;Se<subgt;0.05</subgt;，属于三方晶系，空间群为P‑3m1；在BiTe基材料的基础上进行了Sb的替代掺杂，并用Bi原子和Se原子进行了过量掺杂，从而得到了室温热电材料Bi<subgt;0.45</subgt;Sb<subgt;0.55</subgt;Te<subgt;1</subgt;Se<subgt;0.05</subgt;，存在[Bi<subgt;2</subgt;]层的插层，而这种插层的存在使得材料在具有[Bi<subgt;2</subgt;Te<subgt;3</subgt;]层性能的过程中，减小了Te的含量，Te的含量约为43％，显著小于Bi<subgt;2</subgt;Te<subgt;3</subgt;中Te含量(75％)；该室温热电材料在室温下的ZT值可以达到0.54，该材料成为潜在商用价值的热电材料。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热能和电能的直接转换的功能材料，特别是一种室温热电材料bi0.45sb0.55te1se0.05及其制备方法。

技术介绍

1、现阶段商用室温热电材料均为以bi2te3为基础进行掺杂，其室温热电优值(zt)值约为0.8左右，阴阳离子摩尔比约为2:3。常见的为在bi2te3中的bi位点sb原子，掺杂浓度约为75％形成bi0.5sb1.5te材料，te含量高，导致室温热电材料成本高。

2、这种材料含有较多地壳中稀少的te原子，以bi0.5sb1.5te为例，te的含量约为57％，会导致其高昂的价格以及不可持续发展。并且现阶段常规采用的区熔合成以及成型的方法，在成型过程中，导致样品会存在载流子浓度梯度，这就会使得材料不同位置的性能是不一样的，无法保证材料性能的均一性。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本专利技术基于新型bite材料提供了一种室温热电材料bi0.45sb0.55te1se0.05及其制备方法。

2、为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：

3、本专利技术的目的之一是提供一种基于新型bite材料的室温热电材料bi0.45sb0.55te1se0.05，所述室温热电材料的分子式为：bi0.45sb0.55te1se0.05，属于三方晶系，空间群为p-3m1。

4、本专利技术的目的之二是提供一种室温热电材料bi0.45sb0.55te1se0.05的制备方法，包括以下步骤：

5、s1、按摩

6、s2、将大石英管放置到抽真空系统中，进行抽真空，当抽真空系统内的真空度小于10pa时使用氢氧焰熔封大石英管；

7、s3、将熔封好的大石英管放入管式炉中在850℃下保持24小时后，直接将大石英管置于水中淬火，再将小石英管中的样品取出并研磨；

8、s4、将研磨后的样品置于小石英管中混合均匀，再将小石英管置于大石英管中，将大石英管放置到抽真空系统中，进行抽真空，当抽真空系统内的真空度小于10pa时使用氢氧焰熔封大石英管；将熔封好的大石英管放入管式炉中在475℃下退火48小时，再将大石英管置于水中淬火，将小石英管中的样品取出并研磨过100目筛；

9、s5、将过筛后的样品通过热压铸锭，得到室温热电材料bi0.45sb0.55te1se0.05。

10、优选地，所述bi粉末、sb粉末、te粉末、se粉末的纯度均为99.99％以上。

11、优选地，所述步骤s5中，热压铸锭的热压过程为：先施加50mpa的压力，然后从室温升温到450度，保温1小时，最后自然降温到室温，再进行减小压力至常压。

12、与现有技术相比，本专利技术制备了一种与bi2te3基热电材料结构有明显差别的全新的室温热电材料bite基材料，先对bite基材料进行了sb的替代掺杂，并用bi原子和se原子进行了过量掺杂，从而得到了室温热电材料bi0.45sb0.55te1se0.05，该材料存在[bi2]层的插层，而这种插层的存在使得材料在具有[bi2te3]层性能的过程中，减小了te的含量，te的含量约为43％，显著小于bi2te3中te含量(75％)，可以有效减小材料成本；该室温热电材料在室温下的zt值可以达到0.54，该材料成为潜在商用价值的热电材料。

13、本专利技术制备方法简单可控，通过控制反应过程，能够通过过筛有效控制材料的颗粒度大小，改善材料的颗粒尺寸，可进行规模化生产，最大化的避免了热电材料中载流子浓度分布不均匀的问题。

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【技术保护点】

1.一种室温热电材料Bi0.45Sb0.55Te1Se0.05，其特征在于，所述室温热电材料的分子式为：Bi0.47Sb0.55Te1Se0.05，属于三方晶系，空间群为P-3m1。

2.一种室温热电材料Bi0.45Sb0.55Te1Se0.05的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的室温热电材料Bi0.45Sb0.55Te1Se0.05的制备方法，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求2所述的室温热电材料Bi0.45Sb0.55Te1Se0.05的制备方法，其特征在于：所述Bi粉末、Sb粉末、Te粉末、Se粉末的纯度均为99.99％以上。

5.根据权利要求3所述的室温热电材料Bi0.45Sb0.55Te1Se0.05的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，热压铸锭的热压过程为：先施加50Mpa的压力，然后从室温升温到450度，保温1小时，最后自然降温到室温，再进行减小压力至常压。

【技术特征摘要】

1.一种室温热电材料bi0.45sb0.55te1se0.05，其特征在于，所述室温热电材料的分子式为：bi0.47sb0.55te1se0.05，属于三方晶系，空间群为p-3m1。

2.一种室温热电材料bi0.45sb0.55te1se0.05的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的室温热电材料bi0.45sb0.55te1se0.05的制备方法，其特征在于，还包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：贾斐，吴立明，王雨萌，陈玲，
申请(专利权)人：北京师范大学珠海校区，
类型：发明
国别省市：

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