專利名稱：一種雙摻雜In<sub>2</sub>O<sub>3</sub>基熱電材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，特別是氧化物陶瓷材料及其制備方法，主要涉及到一種雙摻 雜111203氧化物熱電材料的制備方法。
背景技術(shù)：
熱電材料是一種可以在固體狀態(tài)下，幾乎不需要活動(dòng)部件就可將熱能與電能相互轉(zhuǎn)換的
材料。近年來出于環(huán)境保護(hù)的需要，新型熱電材料的研究受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。熱電
(Thermoelectric)材料可作為熱能和電能相互可逆轉(zhuǎn)換的載體，以熱電材料為核心模塊的熱
電裝置，具有結(jié)構(gòu)輕便、體積小、使用壽命長(zhǎng)、不污染環(huán)境、可以在環(huán)境條件非常惡劣的條
件下使用等優(yōu)點(diǎn)，而且熱電效應(yīng)的可逆性還決定了熱電裝置具有雙向性一即可作制冷器也可
做發(fā)熱源。目前，在與常規(guī)的制冷方式和傳統(tǒng)電源的競(jìng)爭(zhēng)中，關(guān)鍵是要提高熱電致冷器或發(fā)
電器的工作效率，而主要途徑是如何提高熱電材料的性能。
熱電性能可以通過材料的熱電性能一般用熱電優(yōu)值(又譯為熱電靈敏值或熱電品質(zhì)因數(shù))Z來描述-
與常用的合金熱電材料相比，氧化物熱電材料具有耐氧化、耐高溫、不含有毒易揮發(fā)元
a:
素的特點(diǎn)，適用于工業(yè)廢熱發(fā)電、汽車廢氣發(fā)電等方面。目前氧化物熱電材料的主要劣勢(shì)在
于工作效率比較低。而ln203基氧化物熱電材料通過摻雜改性可以獲得較高的高溫?zé)犭娦阅埽?因此將有望成為熱電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
111203基氧化物熱電材料主要是采用固相反應(yīng)合成，將原料按化學(xué)計(jì)量比混合，煅燒后研 磨，然后在1300°C-1450°C高溫?zé)Y(jié)10-15小時(shí)。
總結(jié)起來固相反應(yīng)合成方法反應(yīng)溫度高，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，能耗大，而且高溫下In揮發(fā)嚴(yán)重， 造成化合物偏離化學(xué)比。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中采用固相反應(yīng)法合成ln203基氧化物熱電材料存在的諸 多問題，提供一種利用放電等離子體燒結(jié)(SPS)方法低溫快速制備111203基氧化物熱電材料的 新工藝。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種雙摻雜InA基熱電材料的制備方法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行
1) 按IrV2xZnxGeA的化學(xué)計(jì)量比，稱取Zn0， GeO^tl ln203的粉末，其中0<x《0. 20;
2) 將ZnO、 Ge02和InA粉末混合后，在250°C 700°C條件下煅燒，完成物相的成相階
3段；
.3)把煅燒后的粉體放入石墨模具，壓實(shí)，用放電等離子體燒結(jié)成塊體材料，燒結(jié)溫度 為850 1000°C，即得到Zn， Ge雙摻雜111203氧化物熱電材料。
上述技術(shù)方案中，所述步驟2)中的煅燒時(shí)間優(yōu)選為1 6小時(shí)；步驟3)燒結(jié)的升溫速 率為100 200°C/min，保溫時(shí)間2 10分鐘。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果以普通的固相燒結(jié)相比，具有反應(yīng)時(shí)間短，燒結(jié)溫 度低，可以有效克服現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)溫度高，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，能耗大，化合物偏離化學(xué)比等缺點(diǎn)。 并且燒結(jié)的樣品性能有很大的提高，在700°C下其ZT值可以達(dá)到0.6。
圖h實(shí)施例1中產(chǎn)物的XRD圖譜。 圖2:實(shí)施例1中產(chǎn)物的斷口 SEM形貌。 圖3:實(shí)施例2中產(chǎn)物的XRD圖譜。 圖4:實(shí)施例2中產(chǎn)物的斷口 SEM形貌。 圖5:實(shí)施例3中產(chǎn)物的XRD圖譜。 圖6:實(shí)施例3中產(chǎn)物的斷口 SEM形貌。 圖7:實(shí)施例4中產(chǎn)物的XRD圖譜。 圖8:實(shí)施例4中產(chǎn)物的斷口 SEM形貌。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的一種雙摻雜In203基熱電材料的制備方法，其工藝步驟如下
1) 首先按Irv2xZnxGeA的化學(xué)計(jì)量比，稱取ZnO， Ge02和ln203的粉末，其中0〈x《0. 20;
2) 將ZnO、 Ge02和InA粉末混合后，在250°C 700°C條件下煅燒，完成物相的成相階 段；煅燒時(shí)間優(yōu)選為1 6小時(shí)。
3) 把煅燒后的粉體放入石墨模具，壓實(shí)，用放電等離子體燒結(jié)成塊體材料，燒結(jié)溫度 為850 1000°C，燒結(jié)的升溫速率一般為100 200°C/min，保溫時(shí)間2 10分鐘。即得到Zn， Ge 雙摻雜InA氧化物熱電材料。
下面通過幾個(gè)具體的實(shí)施例以對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1:
按照Iru.98Zn腿Geo.M03的配比，稱取ZnO， GeCh和ln203，混合后，通過預(yù)燒成工藝， 250°C空氣中燒結(jié)1小時(shí)，完成材料物相的成相階段。然后混合、造粒，并在850°C條件下 利用SPS放電等離子體燒結(jié)爐燒結(jié)，升溫速率100°C/min，保溫2分鐘即可獲得 Im.卯Zn謹(jǐn)Ge謹(jǐn)03陶瓷。其特征見圖1， 2表明。在700°C下其ZT值可以達(dá)到0.4。 實(shí)施例2:
按照Iru.9oZn謹(jǐn)Geo.o503的配比，稱取ZnO, GeO^n ln203，混合后，通過預(yù)燒成工藝， 400°C空氣中燒結(jié)3小時(shí)，完成材料物相的成相階段。然后混合、造粒，并在900°C條件下 利用SPS放電等離子體燒結(jié)爐燒結(jié)，升溫速率130°C/min，保溫4分鐘即可獲得 Im.94Zn。.o3Geo.o303陶瓷。其特征見圖3， 4表明。在700°C下其ZT值可以達(dá)到0.6。實(shí)施例3:
按照InL7oZn(H5Ge(U503的配比，稱取ZnO, Ge02和ln203，混合后，通過預(yù)燒成工藝， 600°C空氣中燒結(jié)5小時(shí)，完成材料物相的成相階段。然后混合、造粒，并在95(TC條件下 利用SPS放電等離子體燒結(jié)爐燒結(jié)，升溫速率160°C/min，保溫7分鐘即可獲得 InL7oZn(M5Ge(H503陶瓷。其特征見圖5、圖6。在700°C下其ZT值可以達(dá)到0.4。 實(shí)施例4:
按照InL60Zno.2Geo.2O3的配比，稱取ZnO, Ge02禾卩l(xiāng)n203，混合后，通過預(yù)燒成工藝，700°C 空氣中燒結(jié)6小時(shí)，完成材料物相的成相階段。然后混合、造粒，并在1000°C條件下利用 SPS放電等離子體燒結(jié)爐燒結(jié)，升溫速率200°C/min，保溫10分鐘即可獲得In^oZn^Ge^Cb 陶瓷。其特征見圖7、圖8。在700。C下其ZT值可以達(dá)到0.2。
權(quán)利要求
1. 一種雙摻雜In2O3基熱電材料的制備方法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行1)按In2-2xZnxGexO3的化學(xué)計(jì)量比，稱取ZnO，GeO2和In2O3的粉末，其中0<x≤0.20；2)將ZnO、GeO2和In2O3粉末混合后，在250℃～700℃條件下煅燒，完成物相的成相階段；3)把煅燒后的粉體放入石墨模具，壓實(shí)，用放電等離子體燒結(jié)成塊體材料，燒結(jié)溫度為850～1000℃，即得到Zn，Ge雙摻雜In2O3氧化物熱電材料。
2. 按照權(quán)利要求l所述的一種雙摻雜InA基熱電材料的制備方法，其特征在于所述步 驟2)中的煅燒時(shí)間為1 6小時(shí)。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種雙摻雜111203基熱電材料的制備方法，其特征在于步 驟3)燒結(jié)的升溫速率為100 200。C/min，保溫時(shí)間2 10分鐘。
全文摘要
一種雙摻雜In<sub>2</sub>O<sub>3</sub>基熱電材料的制備方法，涉及氧化物陶瓷材料及其制備。該方法首先按In<sub>2-2x</sub>Zn<sub>x</sub>Ge<sub>x</sub>O<sub>3</sub>(0＜x≤0.20)的化學(xué)計(jì)量比稱取ZnO、GeO<sub>2</sub>和In<sub>2</sub>O<sub>3</sub>的粉末，混合后在250℃～700℃條件下煅燒，完成物相的成相階段。把煅燒后的粉體放入石墨模具，壓實(shí)，用放電等離子體燒結(jié)成塊體材料，燒結(jié)溫度為850～1000℃，即得到Zn，Ge雙摻雜In<sub>2</sub>O<sub>3</sub>氧化物熱電材料。本發(fā)明與普通的固相燒結(jié)相比，具有反應(yīng)時(shí)間短，燒結(jié)溫度低，能有效克服現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)溫度高，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，能耗大，化合物偏離化學(xué)比等缺點(diǎn)；并且燒結(jié)的樣品性能有很大的提高，在700℃下其ZT值可以達(dá)到0.6。
文檔編號(hào)C04B35/01GK101508560SQ20091011988
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者蘭金叻, 南策文, 輝 方, 林元華 申請(qǐng)人:清華大學(xué)