CN108011029A - Cu2Se基热电材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种Cu2Se基热电材料及其制备方法。本发明Cu2Se基热电材料，Cu2Se衬底上生长了Bi2Te3/Sb2Te3掺杂量子点超晶格。所述Cu2Se基热电材料的制备方法包括以下步骤：在Cu2Se衬底上生长了Bi2Te3/Sb2Te3掺杂量子点超晶格。该材料可以有效地降低热导率，采用薄膜超晶格的方法提升材料性能。热电材料结构纳米化在超晶格、纳米线、量子点和薄膜体系中很有效，纳米结构材料的界面是降低晶格热导率的关键因素，退火可以提高纳米晶粒的不均匀性，从而增强声子散射降低热导率。

Description

Cu2Se基热电材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及热电材料技术，尤其涉及一种Cu2Se基热电材料及其制备方法。
背景技术
石油资源储量有限，人类正在面临能源危机。在能源损耗过程中约有55％的能源以废热形式释放到环境中，如汽车尾气排放产生的废热、城市固体垃圾焚烧产生的废热。废热具有过于分散、能量密度低、温度不稳定等特点，因此具有赛贝克效应的热电材料以其无机械运动、结构稳定、无噪音等特点在废热再利用领域有着无可替代的优势。另外，具有帕尔帖效应的热电制冷器件由于尺寸小、重量轻，制冷迅速、控制精度高、不污染环境等优点，在解决电子集成器件中“热点现象”上具有广泛的市场应用前景。
热电材料是利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接转换的功能材料，热电材料制造的器件除了用于发电外，也可用于制冷，并具有无污染、无机械振动，体积小、重量轻等优点，有着重要的应用前景和开发价值。现有的热电材料研究领域中，主要包括半导体金属合金型热电材料、有机热电材料、纳米碳热电材料和有机-无机复合热电材料。
金属合金型热电材料以其热电效率高、热电性能易控制、适用范围广等优点在众多热电材料中脱颖而出，得到广泛研究。合金型热电材料包括Bi2Te3、PbTe、Si-Ge、Cu2Se、half-Heusler(HH)合金等，其中Bi2Te3、PbTe和SiGe这三种合金是研究最早，最普遍，且已经应用的传统合金型热电材料。
随着热电材料制备方法的多样化和性能表征手段的具体化，合金型热电材料以其优异性能在众多热电材料中脱颖而出，成为拥有高热电性能和高转换率的热电材料。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种Cu2Se基热电材料，该材料可以有效地降低热导率，采用薄膜超晶格的方法提升材料性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种Cu2Se基热电材料，Cu2Se衬底上生长了Bi2Te3/Sb2Te3掺杂量子点超晶格。
进一步地，所述超晶格是两种或多种材料排布的周期性层，每层具有纳米级厚度。
进一步地，在Cu2Se衬底上引入纳米级异质或纳米分散体。
进一步地，在Cu2Se衬底内掺杂Sn使电子态密度变形更加接近价带，增加有效质量，使塞贝克系数提高却不影响电导率。
本发明的另一个目的还公开了一种Cu2Se基热电材料的制备方法，包括以下步骤：对应于单个基质材料的“同质结构”和对应于两种或三种不同材料的“异质结构”。在Cu2Se衬底上生长了Bi2Te3/Sb2Te3掺杂量子点超晶格(QDSL)。其在室温和300℃下的ZT值分别为1.6和3.5。
本发明Cu2Se基热电材料，与现有技术相比较具有以下优点：
1)采用薄膜超晶格的方法提升材料性能；
2)有机-无机复合改善纳米材料结构、增强材料柔性、降低内阻提高热电性能或与柔性基底复合增强材料柔性，即保证了材料需要的柔性，即可控制成本。热电器件的柔性化和薄膜化可以使热电材料的实用性和方便性达到最大化。
3)热电材料结构纳米化在超晶格、纳米线、量子点和薄膜体系中很有效，纳米结构材料的界面是降低晶格热导率的关键因素，退火可以提高纳米晶粒的不均匀性，从而增强声子散射降低热导率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种Cu2Se基热电材料，Cu2Se衬底上生长了Bi2Te3/Sb2Te3掺杂量子点超晶格。所述超晶格是两种或多种材料排布的周期性层，每层具有纳米级厚度。在Cu2Se衬底上引入纳米级异质或纳米分散体。在Cu2Se衬底内掺杂Sn使电子态密度变形更加接近价带，增加有效质量，使塞贝克系数提高却不影响电导率。
上述Cu2Se基热电材料的制备方法，包括以下步骤：对应于单个基质材料的“同质结构”和对应于两种或三种不同材料的“异质结构”。在Cu2Se衬底上生长了Bi2Te3/Sb2Te3掺杂量子点超晶格(QDSL)。其在室温和300℃下的ZT值分别为1.6和3.5。
本实施例Cu2Se基热电材料，具有以下优点：1)采用薄膜超晶格的方法提升材料性能；2)有机-无机复合改善纳米材料结构、增强材料柔性、降低内阻提高热电性能或与柔性基底复合增强材料柔性，即保证了材料需要的柔性，即可控制成本。热电器件的柔性化和薄膜化可以使热电材料的实用性和方便性达到最大化。3)热电材料结构纳米化在超晶格、纳米线、量子点和薄膜体系中很有效，纳米结构材料的界面是降低晶格热导率的关键因素，退火可以提高纳米晶粒的不均匀性，从而增强声子散射降低热导率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种Cu2Se基热电材料，其特征在于，Cu2Se衬底上生长了Bi2Te3/Sb2Te3掺杂量子点超晶格。
2.根据权利要求1所述Cu2Se基热电材料，其特征在于，所述超晶格是两种或多种材料排布的周期性层，每层具有纳米级厚度。
3.根据权利要求1所述Cu2Se基热电材料，其特征在于，在Cu2Se衬底上引入纳米级异质或纳米分散体。
4.根据权利要求1所述Cu2Se基热电材料，其特征在于，在Cu2Se衬底内掺杂Sn使电子态密度变形更加接近价带，增加有效质量，使塞贝克系数提高却不影响电导率。
5.一种权利要求1-4任意一项所述Cu2Se基热电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在Cu2Se衬底上生长了Bi2Te3/Sb2Te3掺杂量子点超晶格。
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