X塊體熱電材料的超快速合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱電材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ag2X塊體熱電材料的超快速合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近十幾年來，能源和環(huán)境問題已經(jīng)逐漸凸顯，能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益引發(fā)關(guān)注。目前，全球每年消耗的能源中約有70%以廢熱的形式被浪費(fèi)掉，如果能將這些廢熱進(jìn)行有效的回收利用，將極大的緩解能源短缺的問題。熱電材料能直接將熱能轉(zhuǎn)換成電能，具有無傳動部件、體積小、無噪音、無污染、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，在汽車廢熱回收利用、工業(yè)余熱發(fā)電方面有著巨大的應(yīng)用前景。熱電材料的轉(zhuǎn)換效率由無量綱熱電優(yōu)值ZT決定(ζτ =α2σΤ' /κ，其中α為Seebeck系數(shù)、σ為電導(dǎo)率、κ為熱導(dǎo)率、Τ為絕對溫度)。ZT越大，材料的熱電轉(zhuǎn)換效率越高。
[0003]化合物Ag2Se、Ag2Te在熱-電能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域占據(jù)重要地位，因?yàn)槠涫莾?yōu)良的熱電材料。目前，化合物Ag2Se、Ag2Te的合成方法主要集中在水熱法、溶劑熱法等，這些在溶液中制備Ag2Se、Ag2Te的方法，經(jīng)常需要復(fù)雜的反應(yīng)過程和嚴(yán)格的反應(yīng)條件。更為遺憾的是，需要使用一些有毒的化學(xué)試劑，耗時(shí)耗能，污染環(huán)境。而采用常規(guī)的長時(shí)間的高溫熔融法、高溫固相反應(yīng)法制備，則對設(shè)備要求苛刻，同時(shí)耗能，容易造成Se或Te的缺失，難以精確控制成分。因此，尋求一種常溫、簡便節(jié)能、綠色環(huán)保、可精確控制成分及微結(jié)構(gòu)的Ag2Se、Ag2Te制備及快速致密化技術(shù)顯得迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種Ag2X塊體熱電材料的合成方法，其制備工藝簡單、快速，并可精確控制產(chǎn)物組分，綠色環(huán)保，適宜規(guī)?；a(chǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種Ag2X塊體熱電材料的合成方法，它以Ag和X單質(zhì)為原料，混合均勻后，在常溫條件下將混合原料在壓力場作用下進(jìn)行壓制，壓制過程中原料的反應(yīng)和產(chǎn)物的致密化過程一步完成，制得致密的Ag2X塊體熱電材料，其中X為Se或Te。
[0006]上述方案中，所述單質(zhì)Ag和X以(1.8?2): (1?1.1)的摩爾比進(jìn)行精確控制。
[0007]上述方案中，所述壓制過程為:在2?5GPa下保壓1?5min。
[0008]優(yōu)選的，所述壓制過程為:在2.5?3.5GPa下保壓1?5min。
[0009]上述方案中，所述混合原料施加壓力前可進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓過程為:在5?lOMPa下保壓5?20min。
[0010]根據(jù)上述方案可在15min內(nèi)可以制得致密的Ag2X塊體熱電材料(X為Se或Te)，制備的Ag2Se、Ag2Te塊體致密度均在97%以上，可實(shí)現(xiàn)常規(guī)高溫致密化技術(shù)(如SPS、PAS等)的致密化水平，且能有效避免熱處理過程溫度梯度帶來的Ag+迀移現(xiàn)象，促進(jìn)Ag 2X化合物在熱電材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0011]根據(jù)上述方案制得的Ag2X塊體熱電材料，在107°C溫度條件下，Ag2Se塊體熱電材料的熱電優(yōu)值ZT_= 0.65 ;在127°C溫度條件下Ag 2Te塊體熱電材料的熱電優(yōu)值ZT_ =
0.7。
[0012]將根據(jù)上述方案制備的Ag2Se塊體熱電材料真空密封于石英玻璃管中，并置于馬弗爐中加熱至250?350°C退火1.5?2.5h，得退火Ag2Se塊體熱電材料。熱電性能測試結(jié)果表明，在116°C溫度條件下，其熱電性能ZT_= 1.1，遠(yuǎn)高于室溫高壓法、熔融-熱壓法、熔融-SPS法、熔融-PAS法、動態(tài)/靜態(tài)載荷-SPS法等制備的塊體材料。
[0013]以上述內(nèi)容為基礎(chǔ)，在不脫離本發(fā)明基本技術(shù)思想的前提下，根據(jù)本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和手段，對其內(nèi)容還可以有多種形式的修改、替換或變更。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1)本發(fā)明首次公開了一種Ag2X塊體熱電材料的超快速合成方法，整個(gè)制備過程在幾分鐘內(nèi)完成，同時(shí)制備工藝簡單、綠色環(huán)保，適宜規(guī)?；a(chǎn)。
[0016]2)本發(fā)明中為一種在壓力場下超快速制備Ag2X塊體熱電材料的方法，在室溫條件和高壓壓力場作用一步實(shí)現(xiàn)材料的合成及致密化，徹底解決了砸化物及碲化物在高溫處理過程中Se及Te元素的揮發(fā)問題，實(shí)現(xiàn)了成分及微結(jié)構(gòu)的精確控制，有利于提高Ag2X的熱電性能。
[0017]3)本發(fā)明能有效在Ag2X化合物的相轉(zhuǎn)變溫度(Ag2Se對應(yīng)為134°C，Ag2Te對應(yīng)為147°C )以下合成材料(室溫)，且能避開高溫?zé)崽幚磉^程溫度梯度帶來的Ag+迀移問題，可精確控制成分，在材料制備科學(xué)及商業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域均具有重大意義。
【附圖說明】
[0018]圖1為實(shí)施例1所得產(chǎn)物的XRD圖譜。
[0019]圖2為實(shí)施例1所得產(chǎn)物斷面的FESEM照片。
[0020]圖3為實(shí)施例1所得產(chǎn)物拋光面的背散射照片。
[0021]圖4為實(shí)施例1所得產(chǎn)物的熱擴(kuò)散系數(shù)及熱導(dǎo)率隨溫度變化曲線。
[0022]圖5為實(shí)施例1所得產(chǎn)物的功率因子及無量綱熱電優(yōu)值ZT隨溫度變化曲線。
[0023]圖6為實(shí)施例所得產(chǎn)物經(jīng)退火熱處理工藝所得退火Ag2Se塊體熱電材料的功率因子及無量綱熱電優(yōu)值ZT隨溫度變化曲線。
[0024]圖7為實(shí)施例2所得產(chǎn)物的XRD圖譜。
[0025]圖8為實(shí)施例2所得產(chǎn)物斷面的FESEM照片。
[0026]圖9為實(shí)施例2所得產(chǎn)物拋光面的背散射照片。
[0027]圖10為實(shí)施例2所得產(chǎn)物的熱擴(kuò)散系數(shù)及熱導(dǎo)率隨溫度變化曲線。
[0028]圖11為實(shí)施例2所得產(chǎn)物的功率因子及熱電優(yōu)值ZT隨溫度變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0030]以下實(shí)施例中，采用的Ag粉、Se粉和Te粉均為市售產(chǎn)品，純度均為5N。
[0031]實(shí)施例1
[0032]—種Ag2Se塊體熱電材料的超快速合成方法，具體步驟如下:
[0033]1)將Ag粉和Se粉按2:1的摩爾比進(jìn)行稱量共5g，用藥勺拌合7min后，將所得混合原料裝入Φ 15mm的不銹鋼模具中，之后將該模具放入769YP-24B手動粉末壓片機(jī)(24T)中進(jìn)行預(yù)壓(在5MPa下保壓lOmin)，脫模得壓坯；
[0034]2)取尺寸相配合的大小鉬質(zhì)“杯”狀容器各一個(gè)(大杯可扣合在小杯上，起到密封作用)，將壓坯填裝至小“杯”中，再扣上大“杯”；
[0035]3)將步驟2)中填裝好壓坯的鉬質(zhì)“杯”狀容器組裝到葉臘石傳壓介質(zhì)中；
[0036]4)將步驟3)得到的葉臘石組件置于桂林冶金機(jī)械總廠制造的CS-1IID人造金剛石液壓機(jī)(六面頂大壓機(jī))中進(jìn)行壓制，壓制過程的油壓為40MPa (對壓機(jī)腔體的壓力標(biāo)定表明，約13MPa油壓對應(yīng)腔體中心的壓力為lGPa)，對應(yīng)腔體中心的壓力為3GPa，保壓時(shí)間為 3min ；
[0037]5)卸壓后取出壓制完畢的塊體樣品，得所述的A