CN107176589A - 一种制备纳米化Mg3Sb2热电材料的新方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备纳米化Mg3Sb2热电材料的新方法，它包括以下步骤：1）按Mg3(1+0.04)Sb2各原子化学计量比进行称量，然后将它们研磨混合均匀，将混合均匀的粉末压成块体；2）将步骤1）所得块体密封于玻璃管中，再将其放入反应炉中，得到单相Mg3Sb2化合物；（3）将上述所得产物研磨成粉末，进行氢化脱氢处理（HDDR，hydrogenation–disproportionation–desorption–recombination），得到纳米化的Mg3Sb2热电材料。本发明首次将氢化脱氢（HDDR）方法应用到纳米化Mg3Sb2热电材料的制备中，为今后更多Mg基热电材料的HDDR纳米化制备打下良好的基础。

Description

一种制备纳米化Mg3Sb2热电材料的新方法
技术领域
本发明属于新能源材料制备技术领域，具体涉及一种制备纳米化Mg3Sb2热电材料的新方法。
背景技术
随着人类社会的发展，环境的破坏和化石能源的衰竭，已经成为人类高度关注的重大议题。可持续发展战略的提出，是顺应当下人类社会发展需求的一个前瞻性成果。为了减轻环境破坏与能源消耗的事态，全球很多科学工作者正在将其注意力集中在寻找和开发可再生的新能源上。
热电转换技术能够通过热电材料的Seebeck效应和Peltier效应实现电能和热能之间的直接转换，其作为一种环境友好型的能源转换技术在工业余热，汽车尾气废热等回收利用方面有着重要的应用前景。同时它还具有无传动部件、体积小、无噪音、可靠性好等优点。热电材料的转换效率主要由热电优值ZT决定，ZT=α 2 σT/κ，其中α为Seebeck系数、σ为电导率、κ为热导率、T为绝对温度。纳米化能够显著降低晶格热导率，优化热性能和热电优值。
Mg3Sb2体系的热电材料，具有较高的电性能和优异的热性能，因而具有较高的ZT值。同时，其拥有原料蕴藏丰富、价格低廉、无毒和无污染等优点。
目前，制备Mg3Sb2基热电材料主要采用熔融法、机械合金化法（球磨）结合放电等离子体烧结（SPS）。然而，Mg的高饱和蒸汽压和强反应活性，使得熔融法并不能精确地控制其组成（Mg的挥发和氧化等），而且不能得到纳米晶粒，机械合金化法（球磨）虽然较好地改善了Mg的挥发损失并且能够得到纳米晶粒，但是该法容易引入杂质和引起氧化。因此，一种能有效避免Mg挥发和引入杂质，并且能够得到纳米晶粒的方法对于制备Mg3Sb2热电材料来说，显得非常重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种制备纳米化Mg3Sb2热电材料的方法，这种方法具有组成控制好和重复性高等优点。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种制备纳米化Mg3Sb2热电材料的新方法，它包括以下步骤：
1）按Mg3(1+0.04)Sb2各原子化学计量比进行称量，然后将称量好的Mg粉和Sb粉研磨混合均匀，将混合均匀的粉末压成块体；
2）将步骤1）所得块体真空密封于玻璃管中，再将该玻璃管放入反应炉中，可得到单相Mg3Sb2化合物；
3）将上述所得产物研磨成粉末，进行氢化脱氢（HDDR）处理，得到纳米化Mg3Sb2热电材料。
上述方案中，所述步骤1）中Mg粉、Sb粉的质量纯度均³99.9%。
上述方案中，所述步骤2）将密封有冷压块体的玻璃管，放入反应炉中，反应温度为600℃，保温时间为20h。
上述方案中，所述步骤3）中粉末进行氢化脱氢（HDDR）的过程为：将粉末装入氢化脱氢（HDDR）反应装置内：a. 氢化条件：温度350℃，时间12h，氢压4MPa；b. 脱氢条件：温度300℃，时间3h，高真空~10-3Pa。
上述制备方法可得到纳米化Mg3Sb2热电材料。
以上述内容为基础，在不脱离本发明基本技术思想的前提下，根据本领域的普通技术知识和手段，对其内容还可以有多种形式的修改、替换或变更，如固相反应的温度和保温时间可以有所变化等。
本发明需要对固相反应后的Mg3Sb2粉末进行氢化，氢化伴随着Mg3Sb2化学键的断裂，然后进行脱氢，脱氢伴随着Mg3Sb2化学健的重新结合，进而达到细化Mg3Sb2颗粒的目的。
与现有的Mg3Sb2制备方法相比，本发明的优点为：
第一，本发明首次采用氢化脱氢技术制备了纳米化Mg3Sb2热电材料；
第二，本发明具有有效抑制Mg挥发、避免引入杂质和重复性好等优点；
第三，本发明主要采用Mg粉和Sb粉，价格低廉。
附图说明
图1和图2为实施例中步骤3）固相反应后粉末的XRD图和SEM图；图3和图4为实施例步骤4）中氢化脱氢后粉末的XRD图和SEM图。从图1和图2可以看出，固相反应后所得产物为单相Mg3Sb2化合物，并未发现纳米晶粒；从图3和图4可以看出，经过氢化脱氢后，样品依然为Mg3Sb2化合物，但是Mg3Sb2颗粒上布满了25nm左右的纳米晶粒。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
下述实施例中Mg粉和Sb粉的质量纯度均³99.9%。
实施例
一种制备纳米化Mg3Sb2热电材料的新方法，它包括以下步骤：
1）按Mg3(1+0.04)Sb2（Mg过量4%是为了补偿Mg的挥发损失）各原子的化学计量比进行称量，总质量3g，然后将它们研磨混合均匀，将混合均匀的粉末压成直径为10mm的圆柱形块体块体（5MPa保压5min，然后，8MPa保压10min）；
2）将步骤1）所得块体真空密封于玻璃管中，将该玻璃管放入反应炉中，反应温度为600℃，保温时间20h；
3）将上述所得产物研磨成粉末，对其进行物相（XRD）和微结构（SEM）表征；
4）将步骤3）所得粉末放入氢化脱氢反应装置中，氢化条件：温度350℃，时间12h，氢压4MPa；脱氢条件：温度300℃，时间3h，高真空~10-3Pa；
5）将氢化脱氢后的粉末进行物相（XRD）和微结构（SEM）表征。
图1为原料块体经过固相反应后的XRD图，从图中可以看出，在600℃下，保温20h可以得到Mg3Sb2单相化合物；图2为固相反应后粉末颗粒的SEM图（从左到右分别放大10.0k倍和80.0k倍），可以看到，颗粒及表面均无纳米晶粒；图3为氢化脱氢后粉末的XRD图，可以看出，经过氢化脱氢处理后，粉末仍是Mg3Sb2化合物；图4为氢化脱氢后粉末颗粒的SEM图（从左到右分别放大10.0k倍和80.0k倍），从图中可以看出，经过氢化脱氢后，纳米晶粒已经布满所有颗粒表面。

Claims (2)

1.一种制备纳米化Mg3Sb2热电材料的新方法，其特征在于包括以下步骤：
1）按Mg3(1+0.04)Sb2各原子化学计量比进行称量，然后将称量好的Mg粉和Sb粉研磨混合均匀，将混合均匀的粉末压成块体；
2）将步骤1）所得块体真空密封于玻璃管中，再将该玻璃管放入反应炉中，反应温度为600℃，保温时间为20h，可得到单相Mg3Sb2化合物；
3）将上述所得单相Mg3Sb2化合物研磨成粉末，进行氢化脱氢处理，得到纳米化Mg3Sb2热电材料；所述氢化脱氢的过程为：将粉末装入氢化脱氢反应装置内，a. 氢化条件：温度350℃，时间12h，氢压4MPa；b. 脱氢条件：温度300℃，时间3h，高真空~10-3Pa。
2.根据权利要求1所述的一种制备纳米化Mg3Sb2热电材料的新方法，其特征在于所述步骤1）中Mg粉、Sb粉的质量纯度均≥99.9%；采用冷压成型工艺将混合均匀的粉末压成块体；所述冷压成型工艺为：第一步，5MPa下保压5min；第二步，8MPa下保压10min。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109628794A (zh) * 2019-01-16 2019-04-16 太原理工大学 一种低温合成Mg3-xZnxSb2(0≤x≤0．3)材料的方法
CN110257667A (zh) * 2019-05-30 2019-09-20 同济大学 一种n型三镁化二锑合金热电材料及其制备
CN110273120A (zh) * 2019-07-30 2019-09-24 太原理工大学 一种合金表面快速纳米化的方法及装置
CN114472902A (zh) * 2022-01-28 2022-05-13 武汉科技大学 二维层状锑负极材料、二维锑烯材料及其制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1102334A2 (de) * 1999-11-19 2001-05-23 Basf Aktiengesellschaft Thermoelektrisch aktive Materialien und diese enthaltende Generatoren
CN101942577A (zh) * 2009-07-10 2011-01-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 热电复合材料及其制备方法
US20120025154A1 (en) * 2010-07-27 2012-02-02 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Synthesis of nanocomposite thermoelectric material
CN102856486A (zh) * 2011-06-28 2013-01-02 苏州大学 纳米复合热电材料的制备方法
CN103752840A (zh) * 2014-01-10 2014-04-30 太原理工大学 一种纳米镁合金粉的快速制备方法
CN105695774A (zh) * 2016-02-20 2016-06-22 北京工业大学 Mg3Sb2基热电材料的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1102334A2 (de) * 1999-11-19 2001-05-23 Basf Aktiengesellschaft Thermoelektrisch aktive Materialien und diese enthaltende Generatoren
CN101942577A (zh) * 2009-07-10 2011-01-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 热电复合材料及其制备方法
US20120025154A1 (en) * 2010-07-27 2012-02-02 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Synthesis of nanocomposite thermoelectric material
CN102856486A (zh) * 2011-06-28 2013-01-02 苏州大学 纳米复合热电材料的制备方法
CN103752840A (zh) * 2014-01-10 2014-04-30 太原理工大学 一种纳米镁合金粉的快速制备方法
CN105695774A (zh) * 2016-02-20 2016-06-22 北京工业大学 Mg3Sb2基热电材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王新 等: "氢化-脱氢法制备ZK60镁合金纳米晶材料", 《稀有金属材料与工程》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109628794A (zh) * 2019-01-16 2019-04-16 太原理工大学 一种低温合成Mg3-xZnxSb2(0≤x≤0．3)材料的方法
CN109628794B (zh) * 2019-01-16 2020-10-13 太原理工大学 一种低温合成Mg3-xZnxSb2(0≤x≤0.3)材料的方法
CN110257667A (zh) * 2019-05-30 2019-09-20 同济大学 一种n型三镁化二锑合金热电材料及其制备
CN110273120A (zh) * 2019-07-30 2019-09-24 太原理工大学 一种合金表面快速纳米化的方法及装置
CN110273120B (zh) * 2019-07-30 2023-07-07 太原学院 一种合金表面快速纳米化的方法及装置
CN114472902A (zh) * 2022-01-28 2022-05-13 武汉科技大学 二维层状锑负极材料、二维锑烯材料及其制备方法和应用
CN114472902B (zh) * 2022-01-28 2024-01-26 武汉科技大学 二维层状锑负极材料、二维锑烯材料及其制备方法和应用

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