CN1546369A - Bi2Te3基纳米复合热电材料 - Google Patents
Bi2Te3基纳米复合热电材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1546369A CN1546369A CNA2003101091300A CN200310109130A CN1546369A CN 1546369 A CN1546369 A CN 1546369A CN A2003101091300 A CNA2003101091300 A CN A2003101091300A CN 200310109130 A CN200310109130 A CN 200310109130A CN 1546369 A CN1546369 A CN 1546369A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- base
- thermoelectric material
- nano
- binary
- nanostructured powders
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高性能Bi2Te3基纳米复合热电材料。该材料是在Bi2Te3基热电材料粉末中添加Bi2Te3基纳米结构粉末，通过压制烧结复合而成。本发明的Bi2Te3基纳米复合热电材料的热电性能优于不复合纳米结构粉末的基体Bi2Te3基热电材料，其机理在于Bi2Te3基纳米结构粉末具有独特微观结构，能够产生独特的物理、化学特性，从而使材料具备特殊的载流子输运特性，因此可以显著提高热电材料的热电势系数或电导率，从而提高材料的热电功率因子。
Description
技术领域
本发明涉及热电材料。
背景技术
热电材料是一种通过载流子(电子或空穴)的运动实现电能和热能直接相互转换的半导体材料。当热电材料两端存在温差时，热电材料能将热能转化为电能输出；或反之在热电材料中通以电流时，热电材料能将电能转化为热能，一端放热而另一端吸热。热电材料在制冷或发电等方面有广泛的应用前景。用热电材料制造的发电装置可作为深层空间航天器、野外作业、海洋灯塔、游牧人群使用的电源，或用于工业余热、废热发电。用热电材料制造的制冷装置体积小、不需要化学介质，可应用于小型冷藏箱、计算机芯片和激光探测器等的局部冷却、医用便携式超低温冰箱等方面，更广泛的潜在应用领域将包括：家用冰箱、冷柜，车用或家用空调装置等。用热电材料制造的装置具有无机械运动部件、无噪声、无磨损、结构简单、体积形状可按需要设计等突出优点。
热电材料的性能用“热电优值”Z表征：Z＝(α2σ/κ)。这里α是材料的热电势系数，σ是电导率，κ是热导率。Bi2Te3基化合物是目前性能最好的室温型热电材料，但其热电性能仍有待于进一步提高。
发明内容
本发明的目的是为提高Bi2Te3基热电材料的热电性能而提供一种新型的Bi2Te3基纳米复合热电材料。
本发明的Bi2Te3基纳米复合热电材料是由Bi2Te3基合金和Bi2Te3基纳米结构粉末复合而成，其中Bi2Te3基合金的质量百分比为80～95％，Bi2Te3基纳米结构粉末的质量百分比为5～20％。
上述的Bi2Te3基合金包括：严格化学计量比的二元Bi2Te3，或Bi原子过量或Te原子过量的偏离严格化学计量比的二元Bi2Te3；以及用Sn、Sb、Pb部分取代Bi，或用Se部分取代Te，或添加了I、Br、Al和Se等掺杂元素中的一种或几种所形成的p型或n型Bi2Te3基合金，合金的晶体结构属于菱方晶系(Rhombohedral System，也称为斜方晶系或三角晶系)，R
3m空间群，合金中的载流子浓度在1024～1028/m3范围内。
上述的Bi2Te3基纳米结构粉末的化学成分可以是严格化学计量比的二元Bi2Te3，或是Bi原子过量或是Te原子过量的偏离严格化学计量比的二元Bi2Te3，或是添加了Sn、Sb、Pb、I、Br、Al和Se等元素中的一种或几种形成的掺杂型Bi2Te3基纳米结构粉末。
所说的Bi2Te3基纳米结构粉末是纳米管、纳米线和纳米颗粒三者中的一种或几种，其中纳米管、纳米线的直径在5～150纳米之间，长度在10微米数量级，该纳米管是由Bi2Te3的(001)晶面弯曲闭合后形成的中空管状结构，纳米线的轴向平行于Bi2Te3的(001)晶面；纳米颗粒的粒径在5～150纳米之间。
本发明的Bi2Te3基纳米复合热电材料可采用冷压粉末烧结或热压粉末烧结等传统方法制备。
本发明的Bi2Te3基纳米复合热电材料的热电性能优于不复合纳米结构粉末的基体Bi2Te3基热电材料，其机理在于Bi2Te3基纳米结构粉末具有独特微观结构，能够产生独特的物理、化学特性，从而使材料具备特殊的载流子输运特性，因此可以显著提高热电材料的热电势系数或电导率，从而提高材料的热电功率因子。
附图说明
图1为热电势系数～温度关系曲线；
图2为电导率～温度关系曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细述。
实施例一
1、原料：
Bi2Te3基合金基体材料：用区熔定向生长法制备的n-型Bi2Te3圆锭(添加了I、Br)，经粉碎后过100目(筛孔内径154微米)的筛子；
Bi2Te3基纳米结构粉末：用溶剂热法制备的二元Bi2Te3纳米管和纳米线，其平均直径为70纳米，平均长度约10微米；
2、将Bi2Te3基合金基体粉末和Bi2Te3纳米结构粉末按85∶15的质量百分比混和均匀；
3、将混和粉末装入石墨模具，在真空热压机中热压成型，250℃保压0.5小时，压力为50MPa，得到块状复合材料。
实施例二
1、原料：
Bi2Te3基合金基体材料：用区熔定向生长法制备的n-型Bi2Te3圆锭(添加了I、Br)，经粉碎后过100目(筛孔内径154微米)的筛子；
Bi2Te3基纳米结构粉末：用溶剂热法制备的二元Bi2Te3纳米管和纳米线，其平均直径为70纳米，平均长度约10微米；
2、将Bi2Te3基合金基体粉末和Bi2Te3纳米结构粉末按95∶5的质量百分比混和均匀；
3、将混和粉末装入石墨模具，在真空热压机中热压成型，250℃保压0.5小时，压力为50MPa，得到块状复合材料。
实施例三
1、原料：
Bi2Te3基合金基体材料：用熔炼法制备Te原子过量的偏离严格化学计量比的二元Bi2Te3，经粉碎后过100目(筛孔内径154微米)的筛子；
Bi2Te3基纳米结构粉末：用溶剂热法制备的二元Bi2Te3纳米管和纳米线，其平均直径为70纳米，平均长度约10微米；
2、将Bi2Te3基合金基体粉末和Bi2Te3纳米结构粉末按85∶15的质量百分比混和均匀；
3、将混和粉末装入石墨模具，在真空热压机中热压成型，250℃保压0.5小时，压力为50MPa，得到块状复合材料。
实施例四
1、原料：
Bi2Te3基合金基体材料：用区熔定向生长法制备的n-型Bi2Te3圆锭(添加了I、Br)，经粉碎后过100目(筛孔内径154微米)的筛子；
Bi2Te3基纳米结构粉末：用溶剂热法制备的二元Bi2Te3纳米颗粒，粒径在30～100纳米；
2、将Bi2Te3基合金基体粉末和Bi2Te3纳米结构粉末按85∶15的质量百分比混和均匀；
3、将混和粉末装入石墨模具，在真空热压机中热压成型，250℃保压0.5小时，压力为50MPa，得到块状复合材料。
实施例五
1、原料：
Bi2Te3基合金基体材料：用区熔定向生长法制备的n-型Bi2Te3圆锭(添加了I、Br)，经粉碎后过100目(筛孔内径154微米)的筛子；
Bi2Te3基纳米结构粉末：用溶剂热法制备的添加了Sn掺杂的二元Bi2Te3基纳米颗粒，粒径在30～100纳米；
2、将Bi2Te3基合金基体粉末和Bi2Te3纳米结构粉末按85∶15的质量百分比混和均匀；
3、将混和粉末装入石墨模具，在真空热压机中热压成型，250℃保压0.5小时，压力为50MPa，得到块状复合材料。
对比例一
在Bi2Te3基合金基体材料(用区熔定向生长法制备的n-型Bi2Te3圆锭(添加了I、Br))中不添加Bi2Te3纳米结构粉末，其它操作过程与实施例一完全相同。
对比例二
在Bi2Te3基合金基体材料(用熔炼法制备Te原子过量的偏离严格化学计量比的二元Bi2Te3)中不添加Bi2Te3纳米结构粉末，其它操作过程与实施例三完全相同。
性能检测：
沿垂直热压方向测量了实施例和对比例材料的热电势系数α和电导率σ。其中：热电势系数采用温差法在真空环境中测量(测试试样两端温差在3～8℃范围内)，电导率采用四探针法测量。测量数据采用Agilent 34970A采集并直接输入计算机进行处理。测量温度范围为室温到250℃。
热电势系数α和电导率σ的测试结果分别见附图1和附图2。与对比例相比较，实施例的热电势系数绝对值显著提高，热电功率因子(α2σ)也明显提高。
Claims (6)
1.Bi2Te3基纳米复合热电材料，其特征是该种材料由Bi2Te3基合金和Bi2Te3基纳米结构粉末复合而成，其中Bi2Te3基合金的质量百分比为80～95％，Bi2Te3基纳米结构粉末的质量百分比为5～20％。
2.根据权利要求1所述的Bi2Te3基纳米复合热电材料，其特征是所说的Bi2Te3基合金包括：严格化学计量比的二元Bi2Te3，或Bi原子过量或Te原子过量的偏离严格化学计量比的二元Bi2Te3，以及用Sn、Sb、Pb部分取代Bi，或用Se部分取代Te，或添加了I、Br、Al和Se掺杂元素中的一种或几种所形成的p型或n型Bi2Te3基合金半导体。
3.根据权利要求1所述的Bi2Te3基纳米复合热电材料，其特征是所说的Bi2Te3基纳米结构粉末是纳米管、纳米线和纳米颗粒三者中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的Bi2Te3基纳米复合热电材料，其特征是所说的Bi2Te3基纳米管、纳米线的直径在5～150纳米之间。
5.根据权利要求3所述的Bi2Te3基纳米复合热电材料，其特征是所说的纳米颗粒的粒径在5～150纳米之间。
6.根据权利要求1所述的Bi2Te3基纳米复合热电材料，其特征是所说的Bi2Te3基纳米结构粉末是严格化学计量比的二元Bi2Te3，或是Bi原子过量或是Te原子过量的偏离严格化学计量比的二元Bi2Te3，或是添加了Sn、Sb、Pb、I、Br、Al和Se元素中的一种或几种形成的掺杂型Bi2Te3基纳米结构粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200310109130 CN1236999C (zh) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | Bi2Te3基纳米复合热电材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200310109130 CN1236999C (zh) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | Bi2Te3基纳米复合热电材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1546369A true CN1546369A (zh) | 2004-11-17 |
| CN1236999C CN1236999C (zh) | 2006-01-18 |
Family
ID=34335044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200310109130 Expired - Fee Related CN1236999C (zh) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | Bi2Te3基纳米复合热电材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1236999C (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8748726B2 (en) | 2009-08-17 | 2014-06-10 | Laird Technologies, Inc. | Synthesis of silver, antimony, and tin doped bismuth telluride nanoparticles and bulk bismuth telluride to form bismuth telluride composites |
| CN104409623A (zh) * | 2014-10-21 | 2015-03-11 | 浙江大学 | 一种提高n型碲化铋基粉末烧结块体热电材料性能的加工方法 |
| WO2016106514A1 (zh) * | 2014-12-29 | 2016-07-07 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种热电材料、其制备方法及应用 |
| CN111454060A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-07-28 | 深圳见炬科技有限公司 | 一种调制结构的n型碲化铋基热电材料及其制备方法 |
| CN111517292A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-11 | 西华大学 | 一种碲化锡基热电材料及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6001578B2 (ja) * | 2014-01-31 | 2016-10-05 | トヨタ自動車株式会社 | コア／シェル型ナノ粒子の製造方法およびその方法を用いた焼結体の製造方法 |
-
2003
- 2003-12-05 CN CN 200310109130 patent/CN1236999C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8748726B2 (en) | 2009-08-17 | 2014-06-10 | Laird Technologies, Inc. | Synthesis of silver, antimony, and tin doped bismuth telluride nanoparticles and bulk bismuth telluride to form bismuth telluride composites |
| CN104409623A (zh) * | 2014-10-21 | 2015-03-11 | 浙江大学 | 一种提高n型碲化铋基粉末烧结块体热电材料性能的加工方法 |
| CN104409623B (zh) * | 2014-10-21 | 2017-02-15 | 浙江大学 | 一种提高n型碲化铋基粉末烧结块体热电材料性能的加工方法 |
| WO2016106514A1 (zh) * | 2014-12-29 | 2016-07-07 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种热电材料、其制备方法及应用 |
| JP2018509775A (ja) * | 2014-12-29 | 2018-04-05 | 中国科学院福建物質結構研究所Ｆｕｊｉａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｏｎ Ｔｈｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｏｆ Ｍａｔｔｅｒ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ Ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ | 熱電材料、その製造方法及び使用 |
| CN111454060A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-07-28 | 深圳见炬科技有限公司 | 一种调制结构的n型碲化铋基热电材料及其制备方法 |
| CN111454060B (zh) * | 2020-04-08 | 2021-04-02 | 深圳见炬科技有限公司 | 一种调制结构的n型碲化铋基热电材料及其制备方法 |
| WO2021204162A1 (zh) * | 2020-04-08 | 2021-10-14 | 深圳见炬科技有限公司 | 一种调制结构的n型碲化铋基热电材料及其制备方法 |
| CN111517292A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-11 | 西华大学 | 一种碲化锡基热电材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1236999C (zh) | 2006-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wei et al. | Review of current high-ZT thermoelectric materials | |
| Wu et al. | Advances in Ag2Se-based thermoelectrics from materials to applications | |
| Gao et al. | High power factor Ag/Ag2Se composite films for flexible thermoelectric generators | |
| Mallick et al. | High-performance Ag–Se-based n-type printed thermoelectric materials for high power density folded generators | |
| Wei et al. | Ag2Q‐based (Q= S, Se, Te) silver chalcogenide thermoelectric materials | |
| KR20110052225A (ko) | 나노복합체형 열전재료 및 이를 포함하는 열전소자와 열전모듈 | |
| CN1755961A (zh) | Ag－Pb－Sb－Te热电材料及其制备方法 | |
| Zhou et al. | Significant enhancement in the thermoelectric performance of aluminum-doped ZnO tuned by pore structure | |
| Zheng et al. | Unraveling the critical role of melt-spinning atmosphere in enhancing the thermoelectric performance of p-type Bi0. 52Sb1. 48Te3 alloys | |
| Singh et al. | Dimensionality effects in high‐performance thermoelectric materials: Computational and experimental progress in energy harvesting applications | |
| KR20140116668A (ko) | 자연 초격자 구조 열전소재 | |
| Wang et al. | Design guidelines for chalcogenide-based flexible thermoelectric materials | |
| CN1236999C (zh) | Bi2Te3基纳米复合热电材料 | |
| Zhong et al. | Entropy engineering enhances the thermoelectric performance and microhardness of (GeTe) 1− x (AgSb0. 5Bi0. 5Te2) x | |
| Tan et al. | Optimization of the thermoelectric properties of Bi 2 O 2 Se ceramics by altering the temperature of spark plasma sintering | |
| CN112038473A (zh) | 一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料及其制备方法 | |
| Liu et al. | Improvement of Thermoelectric Properties of Evaporated ZnO: Al Films by CNT and Au Nanocomposites | |
| CN1718811A (zh) | 一种具有高热电优值(ZT)的中低温p－型多元热电合金 | |
| Xu et al. | Effect of aluminum doping on microstructures and thermoelectric properties of BiCuSeO thermoelectric materials | |
| KR20110051814A (ko) | 열전효율이 향상된 나노복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 나노복합체 | |
| Sun et al. | Effect of HPHT processing on structural and thermoelectric properties of low-cost type-I clathrate Ba8Cu6Si40 | |
| Jiang et al. | Design of thermoelectric battery based on BN aerogels and Bi2Te3 composites | |
| CN113121235B (zh) | 一种温差发电材料的制备方法 | |
| WO2022147628A1 (en) | Nanocomposite thermoelectric material and process for preparing same | |
| Veluswamy et al. | Design of low cost, scalable, and high-performance TiS 2 thermoelectric materials via wet ball-milling process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060118 Termination date: 20131205 |