本發(fā)明屬于熱電材料，具體涉及一種高強(qiáng)度高塑性熱電復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、熱電材料因具有將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的能力，而受到廣泛關(guān)注。隨著熱電技術(shù)的發(fā)展，在室溫下具有高熱電性能和高強(qiáng)度、高塑性的熱電材料的需求不斷增加。熱電材料的性能由無(wú)量綱熱電優(yōu)值(zt)來(lái)表征，zt＝s2σt/κ，其中s為澤貝克系數(shù)，σ為電導(dǎo)率，κ為熱導(dǎo)率，t為絕對(duì)溫度。

2、目前，傳統(tǒng)的熱電材料大部分是脆性的，可加工性能極差，同時(shí)強(qiáng)度低，在應(yīng)用過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度高塑性熱電復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的熱電復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高塑性和高熱電性能。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種熱電復(fù)合材料，化學(xué)組成為mg3.2sb1.5bi0.49te0.01-xtib2；其中x為摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)，0.01≤x≤0.05；所述熱電復(fù)合材料中的tib2為納米tib2。

4、優(yōu)選的，所述x為0.03～0.05。

5、本發(fā)明還提供了上述方案所述熱電復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

6、(1)將mg、bi、sb、te和tib2在惰性氣氛中球磨，得到前驅(qū)體粉末；

7、(2)將所述前驅(qū)體粉末燒結(jié)，得到所述熱電復(fù)合材料。

8、優(yōu)選的，所述tib2為tib2粉末；所述tib2粉末的粒徑為50～100nm。

9、優(yōu)選的，所述mg與tib2的物質(zhì)的量之比為3.2:0.01～0.05；所述bi與tib2的物質(zhì)的量之比為0.49:0.01～0.05；所述sb與tib2的物質(zhì)的量之比為1.5:0.01～0.05；所述te與tib2的物質(zhì)的量之比為0.01:0.01～0.05。

10、優(yōu)選的，所述球磨為振動(dòng)球磨；所述球磨的轉(zhuǎn)速為1000～1500rpm；所述球磨的夾具運(yùn)行速率為850～890循環(huán)/分鐘；所述球磨的時(shí)間為3～10h；所述球磨的方式為：每隔2h停止球磨1h。

11、優(yōu)選的，所述燒結(jié)的壓力為40～60mpa；所述燒結(jié)的溫度為750～850℃；所述燒結(jié)的時(shí)間為10～20min。

12、優(yōu)選的，所述燒結(jié)的升溫程序?yàn)椋涸?～6min內(nèi)升溫至600～650℃，之后在5～6min內(nèi)升溫至燒結(jié)的溫度。

13、優(yōu)選的，所述燒結(jié)后還包括將所得反應(yīng)體系降溫；所述降溫為：在1～2min內(nèi)將壓力降至0.05～0.1mpa，之后隨爐冷卻至室溫。

14、本發(fā)明還提供了上述方案所述熱電復(fù)合材料或上述方案所述制備方法得到的熱電復(fù)合材料在熱電器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

15、本發(fā)明提供了一種熱電復(fù)合材料。本發(fā)明引入了納米tib2，納米tib2能夠與基體形成能量勢(shì)壘，在不顯著降低電導(dǎo)率的情況下，提高了澤貝克系數(shù)；同時(shí)mg3(sb,bi)2燒結(jié)產(chǎn)生的納米孔隙與復(fù)合的納米tib2共同優(yōu)化調(diào)節(jié)了熱導(dǎo)率，最終使材料的功率因子和熱導(dǎo)率得到協(xié)同優(yōu)化；納米孔隙與復(fù)合的納米tib2協(xié)同提升了材料的機(jī)械性能。本發(fā)明提供的熱電復(fù)合材料具有高塑性、高抗壓強(qiáng)度、高硬度和高熱電性能，機(jī)械性能優(yōu)異，可加工性好，元素?zé)o毒，成本低廉。

16、實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明提供的熱電復(fù)合材料的室溫?zé)犭妰?yōu)值約為0.64，在323～773k的均值熱電優(yōu)值為1.24，維氏硬度為0.71gpa，在保持45％壓縮應(yīng)變下抗壓強(qiáng)度為730mpa。

17、本發(fā)明還提供了上述方案所述熱電復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明提供的制備方法步驟簡(jiǎn)單，操作方便，可行性高。

18、本發(fā)明還提供了上述方案所述熱電復(fù)合材料或上述方案所述制備方法得到的熱電復(fù)合材料在熱電器件領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明提供的熱電復(fù)合材料，兼具高強(qiáng)度、高塑性和高熱電性能，在熱電器件中具有極大應(yīng)用潛力。

技術(shù)特征：

1.一種熱電復(fù)合材料，其特征在于，化學(xué)組成為mg3.2sb1.5bi0.49te0.01-x?tib2；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電復(fù)合材料，其特征在于，所述x為0.03～0.05。

3.權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述熱電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述tib2為tib2粉末；

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，所述mg與tib2的物質(zhì)的量之比為3.2:0.01～0.05；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述球磨為振動(dòng)球磨；

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)的壓力為40～60mpa；

8.根據(jù)權(quán)利要求3或7所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)的升溫程序?yàn)椋涸?～6min內(nèi)升溫至600～650℃，之后在5～6min內(nèi)升溫至燒結(jié)的溫度。

9.根據(jù)權(quán)利要求3或7所述的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)后還包括將所得反應(yīng)體系降溫；

10.權(quán)利要求1～2任一項(xiàng)所述熱電復(fù)合材料或權(quán)利要求3～9任一項(xiàng)所述制備方法得到的熱電復(fù)合材料在熱電器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于熱電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度高塑性熱電復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明引入了納米TiB<subgt;2</subgt;，納米TiB<subgt;2</subgt;能夠與基體形成能量勢(shì)壘，在不顯著降低電導(dǎo)率的情況下，提高了澤貝克系數(shù)；同時(shí)與燒結(jié)產(chǎn)生的納米孔隙共同優(yōu)化調(diào)節(jié)了熱導(dǎo)率，最終使材料的功率因子和熱導(dǎo)率得到協(xié)同優(yōu)化；復(fù)合的納米TiB<subgt;2</subgt;還增強(qiáng)了材料的機(jī)械性能。本發(fā)明提供的熱電復(fù)合材料具有高塑性、高抗壓強(qiáng)度、高硬度和高熱電性能，機(jī)械性能優(yōu)異，可加工性好，元素?zé)o毒，成本低廉。

技術(shù)研發(fā)人員：康慧君,姜立峰,王同敏,郭恩宇,陳宗寧,盧一平,接金川,張宇博,曹志強(qiáng),李廷舉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6