一种快速制备Mg3.2-yAxSbzBi2-z基热电材料的方法

本发明涉及一种快速制备mg3.2-yaxsbzbi2-z基中高温热电材料的方法，属于温差发电能量转换材料制备领域。

背景技术：

1、碳中和和碳达峰是近几年全社会一直追求的目标，降低传统化石能源的消耗，加强新型能源的利用是一条有效的途径。此外传统化石能源的利用率一直不高，一般在30％左右，而大部分能量以热能的形式放出，如果能有效利用这一部分能量，也会起到降低化石能源消耗的目的。

2、热电器件是一钟可以直接把热变成电的装置，在废热回收，利用热发电等领域有着重要的应用。热电器件中热电材料是其核心组成，热电材料性能的高低直接决定了热电器件的效率及输出功率。因此高性能热电材料一直是人们所追求的。评价热电材料性能的高低主要是zt值，材料zt值越高，热电材料的能量转化效率越高。对于中高温以上的热电材料来说zt>1的材料一般才具有使用的价值。

3、mg3sb2基热电材料是近几年研究较为热的材料，由于其性能高，源材料便宜得到了很多科研人员的青睐。但对于mg3sb2基热电材料的合成来说还有很大问题，有些研究组通过用钽管密封的方法来制备高性能mg3sb2基热电材料，但是这种方法成本较高，同时制备周期也比较长。也有些研究组用球磨的方法来制备，但是由于球磨方式和球磨时球和料的配比不同使得球磨时间一般都大于10个小时，因此高效的制备mg3sb2基热电材料对于其进一步应用来说是必须要克服的。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种高效的制备高性能mg3.2-yaxsbzbi2-z基中高温热电材料的方法。

2、本发明技术方案具体如下：

3、一方面，本发明可以直接用高能球磨法制备出n型热电材料mg3.2-yaxsbzbi2-z，其中，a为yb或者tm；

4、另一方面，本发明提供的制备方法制备出的n型热电材料其zt值大于1.5。

5、一种n型mg3.2-yaxsbzbi2-z热电材料的制备方法，包括如下步骤：

6、(1)按照mg：a：sb：bi为3.0-3.2：0-0.1：0-2：2-0的摩尔比例将原料置于球磨罐内；其中，a为yb或者tm；sb和bi的摩尔比之和为2；

7、(2)将球体按照数量为大球体：小球体为2-5：4-15的比例置于球磨罐内(球磨罐容积为50ml-100ml)；所述球体与原料的质量比为2:1～8:1

8、(3)球磨罐内充满惰性气体的条件下，进行球磨反应20min-100min(可以先设定15min，球磨完后再手套箱中打开，用药勺将黏在壁上的刮下来，盖好盖子后再磨15-20min)；

9、(4)反应结束后，将样品于惰性气体下压片，即得。

10、进一步地，上述技术方案中，所述mg包括镁屑或者镁颗粒，所述a、所述sb、所述bi的形态包括颗粒或粉末。

11、进一步地，上述技术方案中，所述镁屑的厚度为0.1mm-1mm(可以用稀盐酸等清洗2-5秒，盐酸浓度为1％-5％)，长度为0.1-30mm；所述颗粒的尺寸为p<10mm。

12、进一步地，上述技术方案中，大球体的直径为10mm-15mm，所述小球体的直径为5mm-8mm。

13、进一步地，上述技术方案中，所述球体的材质包括不锈钢。

14、进一步地，上述技术方案中，所述压片的设备包括放电等离子热压烧结或者热压烧结系统。

15、进一步地，上述技术方案中，所述压片的条件为50-70mpa条件下，先在300℃-500℃压片5min-10min，然后再升温至750℃-800℃压片2min-5min，最后降至室温。

16、进一步地，上述技术方案中，所述球磨反应的球磨机为转速大于500转/min的高能球磨机。

17、进一步地，上述技术方案中，所述转速大于500转/min的高能球磨机包括spex-8000d高能球磨机、spex-8000m高能球磨机。

18、进一步地，上述技术方案中，所述惰性气体包括氩气，

19、本发明还提供了根据上述方法制备的n型热电材料，所述n型热电材料为mg3.2-yaxsbzbi2-z；其中，a为yb或者tm，x＝0-0.1，y＝0-0.2，z＝0-2；sb和bi的摩尔比之和为2。

20、本发明提供的方法制备出的mg3.2-yaxsbzbi2-z基热电材料不仅制备效率高，而且制备出的材料性能较高。

21、有益效果

22、1.本发明提供制备mg3.2-yaxsbzbi2-z基热电材料的方法快速高效，同时制备出的材料性能较高。

23、2.本发明提供的热电材料可快速高效合成，适合大批量生产。

24、3.本发明提供的高能球磨法制备中温热电材料快速高效，比传统的制备方法及普通球磨法更节省时间，制备时间至少缩短了10倍。

技术特征：

1.一种n型mg3.2-yaxsbzbi2-z热电材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述mg包括镁屑或者镁颗粒，所述a、所述sb、所述bi的形态包括颗粒或粉末。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述镁屑的厚度为0.1mm-1mm，长度为0.1-30mm；所述颗粒的尺寸为p<10mm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，大球体的直径为10mm-15mm，所述小球体的直径为5mm-8mm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球体的材质包括不锈钢。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压片的设备包括放电等离子热压烧结或者热压烧结系统。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压片的条件为50-70mpa条件下，先在300℃-500℃压片5min-10min，然后再升温至750℃-800℃压片2min-5min，最后降至室温。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨反应的球磨机为转速大于500转/min的高能球磨机。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述转速大于500转/min的高能球磨机包括spex-8000d高能球磨机、spex-8000m高能球磨机。

10.权利要求1-9中任一项所述的方法制备的n型热电材料，其特征在于，所述n型热电材料为mg3.2-yaxsbzbi2-z；其中，a为yb或者tm，x＝0-0.1，y＝0-0.2，z＝0-2；sb和bi的摩尔比之和为2。

技术总结
本发明公开了一种快速制备Mg3.2‑yAxSbzBi2‑z基热电材料的方法，属于温差发电能量转换材料制备领域。通过使用三维振动球磨机，可以在半小时内将Mg3.2‑yAxSbzBi2‑z基的块体源材料磨成高性能的Mg3.2‑yAxSbzBi2‑z基热电材料合金粉末。基于这种快速高能球磨的方法，可以很快的从块体源材料得到ZT>1.5的热电材料。以上制备方法操作简单，所制备的材料性能较高，适宜大规模生产。

技术研发人员：姜鹏,王卫华,包信和
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15