CN102363530A - 一种Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法 - Google Patents

一种Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102363530A
CN102363530A CN2011102207239A CN201110220723A CN102363530A CN 102363530 A CN102363530 A CN 102363530A CN 2011102207239 A CN2011102207239 A CN 2011102207239A CN 201110220723 A CN201110220723 A CN 201110220723A CN 102363530 A CN102363530 A CN 102363530A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thermoelectric material
preparation
powder
binary
binary thermoelectric
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.)
Pending
Application number
CN2011102207239A
Other languages
English (en)
Inventor
张波萍
葛振华
于昭新
刘勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN2011102207239A priority Critical patent/CN102363530A/zh
Publication of CN102363530A publication Critical patent/CN102363530A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

一种Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法，属于能源材料技术领域。其特征是：以单质铜粉(质量分数大于99.9％)和单质硫粉(质量分数大于99.8％)为原料，按照Cu1.8+xS(-0.1≤x≤0.1)配比，采用机械合金化法制备化合物粉体后，采用放电等离子烧结工艺，制得室温下呈菱方相结构的Cu1.8+xS块体热电材料。该热电材料电导率高，机械性能好，所采用的制备方法所需原料廉价易得，无污染，制备工艺流程短，方便、快捷。

Description

一种Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法
技术领域
本发明属于能源材料技术领域，特别涉及一种Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法，涉及到机械合金化和放电等离子烧结技术。
背景技术
热电材料是一种能够直接实现热能与电能相互转化的能源材料，在提高能源综合利用率方面具有广阔的应用前景。目前高性能的热电材料主要有Bi2Te3基、PbTe基以及CoSb3基材料，这些材料虽然具有较高的热电性能，但其涉及昂贵、有毒或污染环境的元素或者材料。Cu1.8S化合物呈菱方晶系结构，其中面心立方亚晶格中S原子占据面心位置，Cu原子占据晶格顶点位置，该面心立方亚晶格中S原子又组成菱方晶系的对角线，Cu原子不仅占据面心立方亚晶格中的顶点位置，同时也占居菱形的对角线位置。但是Cu原子的占位和Cu原子的数量根据温度等条件会发生变化，通常认为Cu原子是嵌套在相对稳定的S原子面心立方亚晶格之中的。此类结构与立方晶系结构的Cu2S类似，不同的是只有9/10的铜原子位置被占据。在晶体中存在铜空位，导致Cu2+能够在晶体中快速移动，使得Cu1.8S表现出良好的导电性。Cu1.8S材料在太阳能电池、导电纤维、导电薄膜中有着广泛的应用。但有关Cu1.8S材料体系的热电性能迄今未见报道。
发明内容
本发明目的是通过机械合金化快速合成纳米Cu1.8+xS粉体，用放电等离子烧结工艺制备细晶的菱方相Cu1.8+xS块体热电材料，并通过改变x值调控晶体中的Cu空位浓度，进而优化其电传输性能，降低热导率，提升热电优值。
一种Cu1.8+xS(-0.1≤x≤0.1)二元热电材料的制备方法，其特征是：以金属单质铜粉(质量分数大于99.9％)和单质硫粉(质量分数大于99.8％)为原料，化学成分组成通式为Cu1.8+xS，其中x表示Cu元素的摩尔分数，取值范围为(-0.1≤x≤0.1)，在氩气气氛保护下，球磨转速100～500rpm球磨1-20h，即可获得尺寸为2-500nm的单相Cu1.8+xS纳米粉体。将粉体放置于石墨磨具中，在30～80MPa下，500～1000℃烧结5～10分钟，可获得晶粒尺寸为2-500nm的致密Cu1.8+xS二元热电块体材料。
本发明提供的一种Cu1.8+xS(-0.1≤x≤0.1)二元热电材料的制备方法，采用非平衡态的机械合金化法，以单质Cu粉和S粉为原料，通过改变原料配比控制所得产品的化学计量比；采用放电等离子烧结技术，将机械合金化法制得的纳米粉体快速加压烧结，得到呈菱方相结构的块体材料。
本发明采用机械合金化法结合放电等离子烧结技术制备Cu1.8+xS(-0.1≤x≤0.1)新型热电材料，制备流程短，耗时少，节约能源。
附图说明
图1：所制备的Cu1.8+xS二元热电块体材料的XRD图谱。
具体实施方式
首先用机械合金化方法制备Cu1.8+xS(-0.1≤x≤0.1)二元纳米粉末，该方法是将Cu粉(质量百分比大于99.9％)和S粉(质量百分比大于99.5％)按照化学通式Cu1.8+xS(-0.1≤x≤0.1)进行配比后，混合放入行星式球磨机中，在惰性气体氩气的保护下进行机械合金化，得到Cu1.8+xS合金粉末。对粉末进行放电等离子烧结，得到块体热电材料。
试验条件如下：x的取值范围是-0.1≤x≤0.1；惰性气体保护下干磨1～20h，转速为100～500rpm；放电等离子烧结温度为500～1000℃，压力为30～80MPa。
表1本发明(Cu1.8+xS)的几个优选实施例：
Figure BDA0000080808930000031
综上所述，本发明通过机械合金化和放电等离子烧结技术可以快速、简便地制备出Cu1.8+xS二元热电材料，适合大批量生产。

Claims (2)

1.一种Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法，其特征是：化学成分组成通式为Cu1.8+xS，其中x表示Cu元素的摩尔分数，取值范围为(-0.1≤x≤0.1)，以质量分数大于99.9％的单质铜粉和质量分数大于99.8％单质硫粉为原料采用机械合金化法和放电等离子烧结技术制备室温下呈菱方相结构的块体Cu1.8+xS二元热电材料；制备条件为：在氩气气氛保护下，球磨转速100～500rpm球磨1-20h，即可获得尺寸为2-500nm的单相Cu1.8+xS纳米粉体；将粉体放置于石墨磨具中，在30～80MPa下，500～1000℃烧结5～10分钟，可获得致密Cu1.8+xS二元热电块体材料。
2.如权利要求1所述的Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法，其特征是菱方相结构的块体Cu18+xS二元热电材料的晶粒尺寸为2～500nm。
CN2011102207239A 2011-08-03 2011-08-03 一种Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法 Pending CN102363530A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102207239A CN102363530A (zh) 2011-08-03 2011-08-03 一种Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102207239A CN102363530A (zh) 2011-08-03 2011-08-03 一种Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102363530A true CN102363530A (zh) 2012-02-29

Family

ID=45690130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011102207239A Pending CN102363530A (zh) 2011-08-03 2011-08-03 一种Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102363530A (zh)

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102320647A (zh) * 2011-08-17 2012-01-18 北京科技大学 一种不同化学计量比的硫化铜纳米粉体的制备方法
CN102616753A (zh) * 2012-04-11 2012-08-01 桂林理工大学 一种低温机械合金化制备硫硒化物亚微米粉体材料的方法
CN102674270A (zh) * 2012-05-25 2012-09-19 武汉理工大学 一种低温固相反应制备Cu2Se热电材料的方法
CN103011838A (zh) * 2012-10-24 2013-04-03 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种BiCuSeO基热电氧化物粉体的制备方法
CN103872237A (zh) * 2012-12-07 2014-06-18 中国科学院上海硅酸盐研究所 铜硫基高性能热电材料及其制备方法
CN104310457A (zh) * 2014-09-30 2015-01-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 能够抑制Cu离子迁移的热电材料以及抑制Cu基热电材料中Cu离子迁移的方法
CN105502476A (zh) * 2016-01-27 2016-04-20 南方科技大学 制备碱金属掺杂Cu9S5材料的方法
CN105990511A (zh) * 2015-02-04 2016-10-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种一步原位反应制备均质块体热电材料的方法
CN107799769A (zh) * 2017-02-20 2018-03-13 湖南大学 一种纳米二硫化镍材料及其制备方法和应用
CN108383526A (zh) * 2018-02-28 2018-08-10 昆明理工大学 一种Cu1.8S基多晶块体热电材料及其制备方法
CN108658119A (zh) * 2018-05-21 2018-10-16 南京工业大学 一种低温硫化技术用于制备硫化铜纳米片及其复合物的方法和应用
CN108658600A (zh) * 2018-06-26 2018-10-16 昌吉学院 一种Cu2-xS热电材料的超低温烧结方法
CN109650435A (zh) * 2018-12-29 2019-04-19 昆明理工大学 一种硫化铜基热电复合材料及其制备方法
CN110002876A (zh) * 2019-04-18 2019-07-12 昌吉学院 一种硫化铜硒掺杂热电材料的超低温烧结方法
CN111269014A (zh) * 2020-01-20 2020-06-12 昆明理工大学 一种Cu-S基复合热电材料及其制备方法
CN111689513A (zh) * 2019-03-14 2020-09-22 可隆科技特有限公司 利用等离子体合成的纳米硫化铜粉末的合成方法
CN111689512A (zh) * 2019-03-13 2020-09-22 中国科学院上海高等研究院 In掺杂的Cu-S基热电材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070227303A1 (en) * 2005-01-13 2007-10-04 Karl Rimmer Process for producing largely nonferrous metal chalcogenides or arsenides with a grain size distribution in the nanometer range
CN101704672A (zh) * 2009-11-13 2010-05-12 北京科技大学 一种Cu-Cr-S三元热电材料及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070227303A1 (en) * 2005-01-13 2007-10-04 Karl Rimmer Process for producing largely nonferrous metal chalcogenides or arsenides with a grain size distribution in the nanometer range
CN101704672A (zh) * 2009-11-13 2010-05-12 北京科技大学 一种Cu-Cr-S三元热电材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAN SUNG KIM: "Gas-phase substitution synthesis of Cu1.8S and Cu2S superlattice nanowires from CdS nanowires", 《CRYSTENGCOMM》, vol. 13, 12 January 2011 (2011-01-12), pages 2091 - 2095 *
T.OHTANI: "Synthesis of binary copper chalcogenides by mechanical alloying", 《MATERIALS RESEARCH BULLETIN》, vol. 30, no. 12, 31 December 1995 (1995-12-31), pages 1495 - 1504, XP022270409, DOI: doi:10.1016/0025-5408(95)00155-7 *

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102320647A (zh) * 2011-08-17 2012-01-18 北京科技大学 一种不同化学计量比的硫化铜纳米粉体的制备方法
CN102616753A (zh) * 2012-04-11 2012-08-01 桂林理工大学 一种低温机械合金化制备硫硒化物亚微米粉体材料的方法
CN102674270A (zh) * 2012-05-25 2012-09-19 武汉理工大学 一种低温固相反应制备Cu2Se热电材料的方法
CN103011838A (zh) * 2012-10-24 2013-04-03 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种BiCuSeO基热电氧化物粉体的制备方法
CN103872237A (zh) * 2012-12-07 2014-06-18 中国科学院上海硅酸盐研究所 铜硫基高性能热电材料及其制备方法
CN104310457A (zh) * 2014-09-30 2015-01-28 中国科学院上海硅酸盐研究所 能够抑制Cu离子迁移的热电材料以及抑制Cu基热电材料中Cu离子迁移的方法
CN105990511A (zh) * 2015-02-04 2016-10-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种一步原位反应制备均质块体热电材料的方法
CN105502476A (zh) * 2016-01-27 2016-04-20 南方科技大学 制备碱金属掺杂Cu9S5材料的方法
CN107799769A (zh) * 2017-02-20 2018-03-13 湖南大学 一种纳米二硫化镍材料及其制备方法和应用
CN108383526B (zh) * 2018-02-28 2021-08-03 昆明理工大学 一种Cu1.8S基多晶块体热电材料及其制备方法
CN108383526A (zh) * 2018-02-28 2018-08-10 昆明理工大学 一种Cu1.8S基多晶块体热电材料及其制备方法
CN108658119A (zh) * 2018-05-21 2018-10-16 南京工业大学 一种低温硫化技术用于制备硫化铜纳米片及其复合物的方法和应用
CN108658600B (zh) * 2018-06-26 2021-02-26 昌吉学院 一种Cu2-xS热电材料的超低温烧结方法
CN108658600A (zh) * 2018-06-26 2018-10-16 昌吉学院 一种Cu2-xS热电材料的超低温烧结方法
CN109650435A (zh) * 2018-12-29 2019-04-19 昆明理工大学 一种硫化铜基热电复合材料及其制备方法
CN111689512A (zh) * 2019-03-13 2020-09-22 中国科学院上海高等研究院 In掺杂的Cu-S基热电材料及其制备方法
CN111689513A (zh) * 2019-03-14 2020-09-22 可隆科技特有限公司 利用等离子体合成的纳米硫化铜粉末的合成方法
CN111689513B (zh) * 2019-03-14 2022-09-13 可隆科技特有限公司 利用等离子体合成的纳米硫化铜粉末的合成方法
CN110002876A (zh) * 2019-04-18 2019-07-12 昌吉学院 一种硫化铜硒掺杂热电材料的超低温烧结方法
CN111269014A (zh) * 2020-01-20 2020-06-12 昆明理工大学 一种Cu-S基复合热电材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102363530A (zh) 一种Cu1.8+xS二元热电材料的制备方法
CN102674842A (zh) 一种Cu-S-Se三元热电材料及制备方法
Wang et al. I-doped Cu2Se nanocrystals for high-performance thermoelectric applications
Wang et al. Realizing high thermoelectric performance of polycrystalline SnS through optimizing carrier concentration and modifying band structure
Wu et al. Highly enhanced thermoelectric properties of nanostructured Bi 2 S 3 bulk materials via carrier modification and multi-scale phonon scattering
CN108238796B (zh) 铜硒基固溶体热电材料及其制备方法
CN101723669A (zh) 一类可用于热电材料化合物及制备方法
CN108383526B (zh) 一种Cu1.8S基多晶块体热电材料及其制备方法
Wang et al. Enhanced thermoelectric performance in p-type Mg3Sb2 via lithium doping
Cheng et al. Role of cation vacancies in Cu2SnSe3 Thermoelectrics
Clayton et al. Synthesis and processing of AgInO2 delafossite compounds by cation exchange reactions
CN105671344B (zh) 一步制备高性能CoSb3基热电材料的方法
Feng et al. Hydrothermal synthesis of SnQ (Q= Te, Se, S) and their thermoelectric properties
Van et al. Nanostructured oxide materials and modules for high-temperature power generation from waste heat
Fan et al. Enhanced thermoelectric properties of Bi2Sr2Co2Oy by alkali metal element doping and SiC dispersion
Zhang et al. Influence of the phase transformation in NaxCoO2 ceramics on thermoelectric properties
CN102694116A (zh) 一种p型纳米结构碲化铋基块体热电材料的制备方法
Tang et al. Preparation and thermoelectric properties of Cu 1.8 S/CuSbS 2 composites
Ji et al. Enhanced thermoelectric properties of Cu1. 8Se1− xSx alloys prepared by mechanical alloying and spark plasma sintering
Yu et al. Calcium cobaltite, a promising oxide for energy harvesting: effective strategies toward enhanced thermoelectric performance
Qin et al. Realizing high thermoelectric performance of Cu and Ce co-doped p-type polycrystalline SnSe via inducing nanoprecipitation arrays
Gu et al. Effects of sintering temperature on thermoelectric properties of Cu1. 8S bulk materials
Tang et al. Thermoelectric properties of Cu2Sex prepared by solution phase methods and spark plasma sintering
CN1786229A (zh) 纳米/微米复合晶粒结构的CoSb3热电材料制备方法
CN109650435B (zh) 一种硫化铜基热电复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120229