本发明专利技术属于新能源热电转换材料技术领域，特别涉及一种高热电优值单晶锑化锌纳米梳子及其制备方法。所述的单晶锑化锌纳米梳子的热电优值不低于1.50。本发明专利技术锑化锌纳米梳子与现有锑化锌相比，具有较高的热电优值，且热导率大幅度降低；制备工艺简单，对设备要求低，可控程度高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源热电转换材料
，特别涉及。
技术介绍
热电材料的热电转换效率取决于无量纲热电优值(ZT) ZT = α2σΤ/κ , τ是绝对温度，α是kebeck系数，σ是电导率，Κ是热导率，且等于晶格热导率Ki与载流子热导率Ke之和(He = Zorcr，I0为Lorenz常数)。降低K、 增大α和O"是提高ZT值的三种途径，但K、O"和α—般是相关联的。一般来讲，κ减小则σ降低，增大O"时则α大幅度降低。如何协同调控K、O"和议实现ζτ值大幅度增加一直是热电材料学家和物理学家追求的目标。Zn4Sb3属于六方晶系化合物，存在α、於和y三种多型，它们的稳定温度区间分别是低于洸I，263-76 和高于76阢。β - Zfl4Sb3化合物是一种P型半导体，具有非常低的热导率和较高的电导率，被认为是最具有应用前景的中温热电材料之一，其制备工艺、热电性能和晶体结构等已被广泛研究，其ZT值在671时达到1.3[T. Caillat, J-P. Fleurial, and A. Borshchevsky, Journal Physical Chemistry Solids, Vol.58，pp. 1119-1125，1997. ]。/ -2^5 单胞中至少存在3个无序分布的间隙Si原子，导致该化合物具有低热导率、较高电导率。近年来，真空熔融、机械合金法、热压烧结、放电等离子体烧结等工艺先后用于制备高性能的块体热电材料(赵文俞，专利CN. 101073831A、肖忠良，专利CN. 101275192A)，但到目前为止，ZT值仍然在1.3徘徊。因此如何制备热电性能优异的於- 2>24￡&3基热电材料仍是需要探索的课题，由于纳米尺度的微结构缺陷、粗糙的表面及界面的引入会使声子传输散射作用增强，从而降低晶格热导率，达到高的热电转换效率。因此，各种各样的热电纳米材料被制备出来。虽然 β-Zn4Sb3纳米结构最近被广泛的研究。但是所得产品的最高ZT值也达不到1.5。因此，研究者们需要探索提高ZT值的新方法，最近许多研究发现纳米阵列材料是具有高热效率的材料。然而，就我们所知，牺牲模板技术是制备纳米阵列材料很好的方法，其目前已经成功的利用牺牲模板技术生长了高质量的CdS纳米管、ZnO 纳米线。因此如何利用牺牲模板技术制备出特殊的纳米阵列β - Zn4Sb3基块体热电材料，提高- Zri4Sh3基块体热电材料的热电转换效率成为研究的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。本专利技术采用的技术方案如下一种高热电优值单晶锑化锌纳米梳子，热电优值不小于1. 50。热电优值为1. 50-1. 51。所述的纳米梳子毛长0.2 10 μ m，宽度为0.05 1 μ m，热导系数为0.350-0. 576 W/m*K ο本专利技术还提供了一种高热电优值单晶锑化锌纳米梳子的制备方法，将ZnO纳米梳子放入管式炉的石英管中，利用惰性气体将锑化氢载至石英管中进行反应，管式炉以 5-300C /min由室温升温至500-700°C后保温25-60min，冷却至室温后即得高热电优值单晶锑化锌纳米梳子。惰性气体流速为200-400cm7min。所述的惰性气体是指不与锑化氢发生反应的气体。惰性气体优选为氮气。ZnO纳米梳子中ZnO的纯度不小于98%。H3Sb的制备的方法如下广6质量份(g) Sb203、广8质量份(g)&i放到启普发生器的中部，3(Γ60体积份(ml)质量浓度为10-50%的H2SO4加入启普发生器的球形漏斗中， 打开启普发生器的阀门，让硫酸流下与Sb2O3和Si反应，得到H3Sb气体。所述SId2O3的纯度>98%，Zn的纯度>98%。具体的，将ZnO纳米梳子放入管式炉内的石英管中；Sb203、Si放在启普发生器中部，稀被加入启普发生器的球形漏斗中，用导管连接启普发生器和石英管，获得的 H3Sb气体通过与启普发生器和石英管连接的导管进入石英管中；在管式炉中升温、加热。本专利技术还提供了与方法配套的制备高热电优值单晶锑化锌纳米梳子的装置，所述装置包括启普发生器、管式炉以及连接启普发生器与管式炉的导管，所述的导管一端连接于启普发生器的中段，另一端与管式炉中的石英管相连；石英管中置有硅片以及陶瓷舟。本专利技术相对于现有技术，有以下优点本专利技术锑化锌纳米梳子与现有锑化锌相比，具有较高的热电优值(可达1. 51)，且热导率大幅度降低；制备工艺简单，对设备要求低，可控程度高。附图说明图1为反应装置示意图2为实施例1获得的锑化锌纳米梳子的SEM和EDS图。图3为不同温度下本专利技术实施例1锑化锌纳米梳子(记做NCs)与传统粉末(CPs) 的热电优值。具体实施例方式以下以具体实施例来说明本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不限于此 本专利技术所用的ZnO纳米梳子纯度不低于98%，纳米梳子的毛长0. 2^10 μ m,宽度为0. 05^1 μ m,其制备可参考已公开的文献，属于现有技术。本专利技术获得高热电优值单晶锑化锌纳米梳子热电材料的具体步骤如下(1)将高纯度的前躯体粉末ZnO放入管式炉内的石英管中，Sb203、Zn放入启普发生器中部，质量浓度为10-50%的H2SO4溶液(可用浓硫酸稀释获得)加入启普发生器的球形漏斗中；原料SiO的纯度>98%，Sb2O3的纯度>98%，Zn的纯度>98%，浓硫酸的纯度为99. 9%。(2 )在上述管式炉，以1(Γ30 V /min的升温速度从室温升到500-700 V，恒温 25飞Omin，同时通入氮气作为运输气体，随后被冷却到室温，即可收集到单晶锑化锌纳米梳子。所采用的装置包括启普发生器1、管式炉2以及连接启普发生器与管式炉的导管 3，所述的导管3 —端连接于启普发生器1的中段，另一端与管式炉2中的石英管4相连；石英管4中置有硅片5以及陶瓷舟6。实施例1(1)将9. 72克高纯度的前躯体粉末ZnO放在陶瓷舟中，置于管式炉中石英管的正中间位置。(2)将5. 84克Sb2O3、7. 80克Si放入启普发生器中部，60ml质量浓度为15%的H2SO4 加入启普发生器的球形漏斗中，打开启普发生器的阀门，反应得到H3Sb气体。(3)将上述气体充入管式炉中的石英管内，以20°C /min的升温速度从室温升到 550°C，在550°C恒温30min，同时通入氮气作为运输气体，流速为300 cm3/min,随后该系统被自然冷却到室温，即可得到本专利技术材料，在67 时，热导率为0. 350 W/m*K，ZT值为1.51。 纳米梳子的毛长约为1. 4 μ m、宽度约为0. 5^0. 8 μ m。实施例2(1)将4. 86克高纯度的前躯体粉末ZnO放在陶瓷舟中，置于管式炉中石英管的正中间位置。(2)将2. 92克Sb203、3. 90克Si放入启普发生器中部，30ml 15%的H2SO4加入启普发生器的球形漏斗中，打开启普发生器的阀门，反应得到H3Sb气体。(3)将上述气体通过导管充入管式炉中的石英管内，以20°C /min的升温速度从室温升到550°C，在550°C恒温30min，同时通入氮气作为运输气体，流速为300 cm3/min,随后该系统被自然冷却到室温，得到单晶锑化锌纳米梳子。在67本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高热电优值单晶锑化锌纳米梳子，其特征在于，所述的单晶锑化锌纳米梳子的热电优值不低于１．５０。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周少敏，吴小平，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：41
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