CN113113531A - 一种高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法,解决现有工艺制备的SnSe多晶块体存在热‑电性能较差的问题。该制备方法包括以下步骤:1)单质粉末的常温冷压成型;2)高温熔融反应;3)高能球磨;4)真空热压烧结。
Description
技术领域
本发明属于热电材料技术领域,具体涉及一种高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法。
背景技术
热电材料通过塞贝克效应(Seebeck effect)与帕尔贴效应(Peltier effect)可以实现热能与电能之间的相互转换,有望解决当今的能源危机。但受限于材料的热-电转换效率,热电材料的应用还没有得到普及。要想提高热电转换效率,最关键的方法是提高材料的热电优值(即ZT值)。通常以无量纲的热电优值来衡量材料的热电性能,且ZT=S2σT/(κe+κL),其中S为塞贝克系数、σ为电导率、T为绝对温度、κe为载流子热导率、κL为晶格热导率,功率因子(PF=S2σ)。
SnSe基热电材料凭借Sn-Se键极强的非谐性,能够有效散射声子,具有非常低的晶格热导率。目前,SnSe单晶具有热电材料最高的ZT值,但由于单晶制备困难、力学性能差、成本高,并不适用于大规模应用,因此SnSe多晶受到了人们的广泛关注。众多科技工作者对SnSe多晶进行了各种性能优化,其中包括掺杂、复合、能带结构设计、纳米结构设计等。这些方法也取得了一定的成效,但离材料的实际应用还有一段距离。若要提升材料的ZT值,需先拥有高性能的基体材料,然后在这个基础上改性,分两步实现ZT值的大幅度提升。但人们对纯SnSe多晶的研究还不够深入,往往都是直接对SnSe进行改性,这就导致了其ZT值还达不到使用要求。
当前已经有很多制备SnSe块体的方法,但这些方法只局限于得到这种化合物,并不具备优异的热-电性能。如中国专利CN 107522489 A“一种多晶SnSe热电材料的制备方法”中,该方法为将制备的SnSe单晶或其余料磨成晶粒尺寸为0.2-20μm的超细粉,然后烧结得到SnSe多晶;这种方法工艺繁琐,只适用于实验过程,且其ZT值也不超过0.7。实际应用中不可能有如此之多的无用SnSe单晶制备成多晶,将SnSe单晶打碎后制备成多晶也是得不偿失的。再如中国专利CN 111490148 A“一种多晶SnSe基热电材料的制备方法”中,该方法将烧结助剂与SnSe铸锭混合起来球磨,却忽视了粉末氧化引起的性能恶化,这种添加烧结助剂Ag、Na、Te等制备出的多晶SnSe本质上属于掺杂,而且由于氧化物的存在,使得整个测试温度范围内的热导率都在0.6W m-1K-1以上,最终导致其ZT值不超过0.9。此外,在中国专利CN 104291279 A“一种SnSe纳米粉体的制备方法”中,介绍了采用Sn粉与Se粉直接球磨机械合金化的方法制备SnSe粉体;该方法虽然方便快捷,但是制得的SnSe纯度却得不到保障,因为机械合金化本身就是一个粉末的随机碰撞过程,而且该专利并没有进一步介绍其块体材料的制备过程及其热电性能。在论文[Dan Feng,etal.SnSe+Ag2Se compositeengineering with ball milling for enhanced thermoelectric performance.RareMetals,2018,37(4):333–342]中,对Ag2Se/SnSe材料进行了球磨,使得ZT值较手磨的样品更高,但由于球磨罐气密性、球料比、球磨机转速、球磨时长等原因,ZT值仍未超过0.8。
总之,对于SnSe多晶块体这一材料,现有制备工艺并不能获得优异的热-电性能。
发明内容
本发明的目的在于解决现有工艺制备的SnSe多晶块体存在热-电性能较差的问题,而提供一种高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法。
为实现上述目的,本发明所提供的技术解决方案是:
一种高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法,其特殊之处在于,包括以下步骤:
1)单质粉末的常温冷压成型
无氧环境下,按摩尔比1:1称取Sn粉和Se粉,混合后进行冷压成型,脱膜得未经反应的块状坯体材料;
2)高温熔融反应
无氧环境下,将步骤1)得到的块状坯体材料进行热处理,加热至SnSe熔点以上进行高温熔融反应,反应完成后水冷得到SnSe多晶;
3)高能球磨
在无氧的密封环境下,对步骤2)制得的SnSe多晶进行球磨,得到粒径在2μm以下的SnSe多晶粉末;
4)真空热压烧结
将步骤3)制得的SnSe多晶粉末在真空下进行热压烧结成形,冷却得到纯SnSe多晶块体。
进一步地,步骤1)具体是:
1.1)在充满氩气的手套箱中,按摩尔比1:1称取Sn粉和Se粉,搅拌混合,得混合粉末;所述氩气的纯度≥99.999wt%;
1.2)将步骤1.1)得到的混合粉末置于硬质合金模具中,保持25MPa的压强2min,脱膜后得到未经反应的块状坯体材料。
进一步地,步骤1)中,所述Sn粉与Se粉均采用纯度为99.99wt%以上、粒径为10-30μm的Sn粉与Se粉。
进一步地,步骤2)具体是:
2.1)将步骤1)得到的块状坯体材料置于石英管中抽真空至4.5×10-4Pa以下,封口;
2.2)将步骤2.1)封口后的石英管放入马弗炉中,以2℃/min的升温速率加热到1000℃保温48h;水冷得到SnSe多晶。此处,加热温度也不必如此严苛,只要加热到SnSe熔点以上,可充分进行高温熔融反应即可。
进一步地,步骤3)具体是:
3.1)在充满氩气的手套箱中,将钢球与步骤2)得到的SnSe多晶按球料质量比5:1~20:1放入球磨罐中,然后将球磨罐密封(可在球磨罐和盖子之间垫上密封胶圈,在手套箱中用螺丝将球磨罐密封,这样球磨时就会有氩气保护,且气密性良好,能够防止粉末氧化),取出;
3.2)将步骤3.1)密封的球磨罐放在行星式球磨机中,以200~400rpm的球磨速度球磨5~50h;
3.3)在充满氩气的手套箱中打开球磨罐,取出粒径在2μm以下的SnSe多晶粉末。上述氩气的纯度≥99.999wt%。
进一步地,步骤4)具体是:
4.1)在充满氩气的手套箱中,将步骤3)得到的SnSe多晶粉末装入内壁垫有一层石墨纸的石墨模具中;
4.2)将步骤4.1)的石墨模具从手套箱中取出,置于真空热压炉或放电等离子烧结设备中,以10℃/min的升温速率加热至480±30℃,并在30~60MPa的压力下保温保压10~50min;
4.3)随炉冷却,取出石墨模具,脱模,将样品表面打磨干净平整,得到纯SnSe多晶块体。
进一步地,步骤3.1)中,球料比为5:1;
步骤3.2)中,以300rpm的球磨速度球磨20h。
进一步地,步骤4.2)中,以10℃/min的升温速率加热至500℃,并在50MPa的压力下保温保压30min。
同时,本发明还提供了一种高ZT值的SnSe多晶块体,其特殊之处在于,采用上述的制备方法制得。
进一步地,该SnSe多晶块体的致密度为96.93%,室温载流子浓度为1.90×1017cm-3,载流子迁移率为1.16cm2 V-1s-1,电阻率为28.32Ωcm;在873K时,材料的电导率为77.9Scm-1,功率因子为6.9μW K-2cm-1,总热导率为0.28W K-1m-1,ZT值为2.1。
本发明的优点是:
1.本发明在制备SnSe多晶块体时,全程在无氧环境中进行操作,尽可能的避免因粉末氧化引发材料性能恶化;同时,本发明仅需Sn粉与Se粉,未添加其他助剂,采取先冷压成型高温熔融制备SnSe多晶,再密封球磨真空烧结制备SnSe多晶块体的方式,充分确保材料的性能与纯度;整个制备过程原材料简单易得、所需设备较少且价格便宜、操作简便,适用于大规模生产。
2.采用本发明方法制备的SnSe多晶块体纯度高,致密度为96%以上、块体内部无氧化现象,且热-电性能优良,在873K时热导率最低只有0.28W m-1K-1,而ZT值最高达到2.1。
附图说明
图1为球磨后的纯SnSe粉末的扫描电子显微镜(SEM)表面形貌,(a)为球磨5h后,(b)为球磨20h后,(c)为球磨50h后;
图2是SnSe多晶块体的X射线衍射(XRD)图谱;
图3为粉末球磨后烧结的纯SnSe多晶块体的SEM断口形貌,(a)为球磨5h后烧结,(b)为球磨20h后烧结,(c)为球磨50h后烧结;
图4为粉末20h球磨后烧结的纯SnSe多晶块体的透射电子显微镜(TEM)分析图片,(a)为明场像,(b)为纳米孪晶放大的明场像,(c)为稀疏的晶格畸变条纹明场像,(d)为密集的晶格畸变条纹明场像,(e)为晶格畸变条纹高分辨像,(f)为晶格畸变条纹的反傅里叶变换;
图5为纯SnSe多晶块体的热-电性能随温度的变化曲线,(a)为电导率(σ),(b)为塞贝克(S)系数,(c)为功率因子(PF),(d)为晶格热导率(κL),(e)为总热导率(κ),(f)为ZT值。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述:
实施例1
1)单质粉末的常温冷压成型
1.1)在充满高纯氩气的手套箱中,按摩尔比1:1称取纯度为99.99wt%以上、粒径为10~30μm的Sn粉和Se粉,适当搅拌混合,得混合粉末;
1.2)将步骤1.1)得到的混合粉末置于Ф12.7mm的硬质合金模具中,保持25MPa的压强2min,脱膜后得到未经反应的块状坯体材料。
2)高温熔融反应
2.1)将步骤1)得到的块状坯体材料置于石英管中抽真空至4.5×10-4Pa,封口;
2.2)将步骤2.1)封口后的石英管放入马弗炉中,以2℃/min的升温速率加热到1000℃保温48h;然后水冷,得到高纯度的SnSe多晶。
3)氩气保护高能球磨
3.1)在充满高纯氩气的手套箱中,将钢球与步骤2)得到的SnSe多晶按球料质量比5:1放入球磨罐中,然后将球磨罐密封(可在球磨罐和盖子之间垫上密封胶圈,在手套箱中用螺丝将球磨罐密封,这样球磨时就会有氩气保护,且气密性良好,能够防止粉末氧化),从手套箱中取出;
3.2)将步骤3.1)密封的球磨罐(装有钢球、SnSe多晶以及氩气)放在全方位行星式球磨机中,以300rpm的球磨速度球磨5h;
3.3)在充满高纯氩气的手套箱中打开球磨罐,将SnSe多晶粉末从球磨罐中取出,其粉末粒径在2μm以下,如图1中的(a)所示。
4)真空热压烧结
4.1)在充满高纯氩气的手套箱中,将步骤3)得到的SnSe多晶粉末装入内壁垫有一层石墨纸的Ф12.7mm×10mm石墨模具中;
4.2)将步骤4.1)的石墨模具从手套箱中取出,置于真空热压炉中,以10℃/min的升温速率加热至500℃,并在50MPa的压力下保温保压30min;
4.3)随炉冷却,取出石墨模具,脱模,将样品表面打磨干净平整,得到高性能的纯SnSe多晶块体。
5)对步骤4)制备的纯SnSe多晶块体进行性能检测
制备的纯SnSe多晶块体相组成如图2所示,经与SnSe的标准卡片(PDF#48-1224)比对,所有衍射峰均为SnSe的。其晶粒尺寸如图3中(a)所示,该材料的晶粒尺寸较大。该材料的致密度为98.69%,室温载流子浓度为7.90×1015cm-3,载流子迁移率为3.58cm2 V-1s-1,电阻率为220.85Ωcm,如表1所示。在873K时,材料的电导率为62.9S cm-1,功率因子为5.6μWK-2cm-1,总热导率为0.42W K-1m-1,ZT值为1.2,如图5所示。这一ZT值是专利CN 107522489 A中相同材料的1.7倍。
实施例2
1)单质粉末的常温冷压成型
1.1)在充满高纯氩气的手套箱中,按摩尔比1:1称取纯度为99.99wt%以上、粒径为10~30μm的Sn粉和Se粉,适当搅拌混合,得混合粉末;
1.2)将步骤1.1)得到的混合粉末置于Ф12.7mm的硬质合金模具中,保持25MPa的压强2min,脱膜后得到未经反应的块状坯体材料。
2)高温熔融反应
2.1)将步骤1)得到的块状坯体材料置于石英管中抽真空至4.5×10-4Pa,封口;
2.2)将步骤2.1)封口后的石英管放入马弗炉中,以2℃/min的升温速率加热到1000℃保温48h;然后水冷,得到高纯度的SnSe多晶。
3)氩气保护高能球磨
3.1)在充满高纯氩气的手套箱中,将钢球与步骤2)得到的SnSe多晶按球料质量比5:1放入球磨罐中,然后将球磨罐密封(可在球磨罐和盖子之间垫上密封胶圈,在手套箱中用螺丝将球磨罐密封,这样球磨时就会有氩气保护,且气密性良好,能够防止粉末氧化),从手套箱中取出;
3.2)将步骤3.1)密封的球磨罐(装有钢球、SnSe多晶以及氩气)放在全方位行星式球磨机中,以300rpm的球磨速度球磨20h;
3.3)在充满高纯氩气的手套箱中打开球磨罐,将SnSe多晶粉末从球磨罐中取出,其粉末粒径在2μm以下,如图1中的(b)所示。
4)真空热压烧结
4.1)在充满高纯氩气的手套箱中,将步骤3)得到的SnSe多晶粉末装入内壁垫有一层石墨纸的Ф12.7mm×10mm石墨模具中;
4.2)将步骤4.1)的石墨模具从手套箱中取出,置于真空热压炉中,以10℃/min的升温速率加热至500℃,并在50MPa的压力下保温保压30min;
4.3)随炉冷却,取出石墨模具,脱模,将样品表面打磨干净平整,得到高性能的纯SnSe多晶块体。
5)对步骤4)制备的纯SnSe多晶块体进行性能检测
制备的纯SnSe多晶块体相组成如图2所示,经与SnSe的标准卡片(PDF#48-1224)比对,所有衍射峰均来自SnSe的。其晶粒尺寸如图3中(b)所示,该材料的晶粒非常细小。图4为粉末20h球磨后烧结的纯SnSe多晶块体的透射电子显微镜(TEM)分析图片;(a)为样品的明场像,可以清晰地看到样品中晶粒多为亚微米级别,这也与SEM分析中的结果相一致,也就是说球磨可以有效细化晶粒,增加的额外晶界对声子具有重要的散射作用,可以降低晶格热导率;除此之外,晶界还能对少数载流子形成势垒,优化塞贝克系数;(a)中的矩形区域b放大后可以看到退火孪晶,(b)所示,这是因为在球磨阶段材料产生了冷变形,而后经历热压的长时间高温形成层错,随后不断生长,使得其转化为退火孪晶的晶核,最后随着晶界迁移不断长大后就得到了孪晶;研究表明孪晶能对声子造成额外的散射,但是对载流子的输运影响却很小,在此之前还未有过在SnSe基热电材料中发现纳米孪晶的报道;(c)展示了具有稀疏畸变条纹的明场像,插图为框内畸变条纹的高分辨像;(d)为具有密集畸变条纹的明场像,可以看到纵横交错遍布整个图片的条纹,其中矩形区域e在[111]轴下的高分辨像如(e)所示,插图为矩形区域f的快速傅里叶变换图,表明为SnSe相。对SnSe相的(1 0 1)面进行反傅里叶变换后,可以看到不少位错,如(f)所示;在热电材料中,刃形位错通常是由点缺陷引起的,长时间的球磨导致了SnSe样品载流子浓度显著提升,而提升的载流子浓度就源于Sn空位。刃型位错引入明显的晶格畸变,在位错附近存在显著的应变场,增强了声子散射,从而降低晶格热导率;结合表1中的室温载流子浓度,可知Sn原子空位浓度也很高。该材料的致密度为96.93%,室温载流子浓度为1.90×1017cm-3,载流子迁移率为1.16cm2 V-1s-1,电阻率为28.32Ωcm,如表1所示。在873K时,材料的电导率为77.9S cm-1,功率因子为6.9μWK-2cm-1,总热导率为0.28W K-1m-1,ZT值为2.1,如图5所示。这一ZT值是专利CN 107522489 A中相同材料的3倍。该材料取得高ZT值的原因在于高纯氩气保护的高能球磨引入了大量的晶体缺陷,同时粉末内部未发生氧化,使得材料的电导率显著提升,热导率大幅度降低。
实施例3
1)单质粉末的常温冷压成型
1.1)在充满高纯氩气的手套箱中,按摩尔比1:1称取纯度为99.99wt%以上、粒径为10~30μm的Sn粉和Se粉,适当搅拌混合,得混合粉末;
1.2)将步骤1.1)得到的混合粉末置于Ф12.7mm的硬质合金模具中,保持25MPa的压强2min,脱膜后得到未经反应的块状坯体材料。
2)高温熔融反应
2.1)将步骤1)得到的块状坯体材料置于石英管中抽真空至4.5×10-4Pa,封口;
2.2)将步骤2.1)封口后的石英管放入马弗炉中,以2℃/min的升温速率加热到1000℃保温48h;然后水冷,得到高纯度的SnSe多晶。
3)氩气保护高能球磨
3.1)在充满高纯氩气的手套箱中,将钢球与步骤2)得到的SnSe多晶按球料质量比5:1放入球磨罐中,然后将球磨罐密封(可在球磨罐和盖子之间垫上密封胶圈,在手套箱中用螺丝将球磨罐密封,这样球磨时就会有氩气保护,且气密性良好,能够防止粉末氧化),从手套箱中取出;
3.2)将步骤3.1)密封的球磨罐(装有钢球、SnSe多晶以及氩气)放在全方位行星式球磨机中,以300rpm的球磨速度球磨50h;
3.3)在充满高纯氩气的手套箱中打开球磨罐,将SnSe多晶粉末从球磨罐中取出,其粉末粒径在1μm以下,如图1中的(c)所示。
4)真空热压烧结
4.1)在充满高纯氩气的手套箱中,将步骤3)得到的SnSe多晶粉末装入内壁垫有一层石墨纸的Ф12.7mm×10mm石墨模具中;
4.2)将步骤4.1)的石墨模具从手套箱中取出,置于真空热压炉中,以10℃/min的升温速率加热至500℃,并在50MPa的压力下保温保压30min;
4.3)随炉冷却,取出石墨模具,脱模,将样品表面打磨干净平整,得到高性能的纯SnSe多晶块体。
5)对步骤4)制备的纯SnSe多晶块体进行性能检测
制备的纯SnSe多晶块体相组成如图2所示,经与SnSe的标准卡片(PDF#48-1224)比对,所有衍射峰均来自SnSe的。其晶粒尺寸如图3中(c)所示,显著小于粉末5h球磨后烧结的纯SnSe多晶,略大于粉末20h球磨后烧结的纯SnSe多晶。该材料的致密度为96.57%,室温载流子浓度为2.13×1017cm-3,载流子迁移率为1.59cm2 V-1s-1,电阻率为18.46Ωcm,如表1所示。在873K时,材料的电导率为53.0S cm-1,功率因子为5.2μW K-2cm-1,总热导率为0.42W K- 1m-1,ZT值为1.1,如图5所示。这一ZT值是专利CN 107522489 A中相同材料的1.6倍。
表1
由实施例1-实施例3的结果可见:随着粉末球磨时间的增加,材料的ZT值先增大后减小,这是由于粉末过于细小,导致界面能增大,在热压过程中发生晶粒的粗化。晶粒粗化过程中,众多晶体缺陷湮灭,使得材料性能降低。因此,高能球磨时间应小于50h。
同时,本发明还对球料质量比、球磨速度、烧结温度、烧结压力、烧结时间进行的比对试验,发现将球料质量比调整在5:1~20:1,球磨速度调整在200~400rpm、烧结温度调整在480±30℃、烧结压力调整在30~60MPa、烧结时间调整在10~50min,均可制备出ZT值较现有制备方法高的SnSe多晶块体。
鉴于此,可见本发明以一种简单的制备方法,得到了高ZT值的纯SnSe多晶,同时也为热电材料性能的提升提供了新思路,有利于推动SnSe热电材料的应用;解决了当前大多数热电材料的ZT值过低,而高性能热电材料制备工艺又很复杂,且不适合大规模推广的问题。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)单质粉末的常温冷压成型
无氧环境下,按摩尔比1:1称取Sn粉和Se粉,混合后进行冷压成型,脱膜得未经反应的块状坯体材料;
2)高温熔融反应
无氧环境下,将步骤1)得到的块状坯体材料进行热处理,加热至SnSe熔点以上进行高温熔融反应,反应完成后水冷得到SnSe多晶;
3)高能球磨
在无氧的密封环境下,对步骤2)制得的SnSe多晶进行球磨,得到粒径在2μm以下的SnSe多晶粉末;
4)真空热压烧结
将步骤3)制得的SnSe多晶粉末在真空下进行热压烧结成形,冷却得到纯SnSe多晶块体。
2.根据权利要求1所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法,其特征在于,步骤1)具体是:
1.1)在充满氩气的手套箱中,按摩尔比1:1称取Sn粉和Se粉,搅拌混合,得混合粉末;所述氩气的纯度≥99.999wt%;
1.2)将步骤1.1)得到的混合粉末置于硬质合金模具中,保持25MPa的压强2min,脱膜后得到未经反应的块状坯体材料。
3.根据权利要求1所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法,其特征在于:
步骤1)中,所述Sn粉与Se粉均采用纯度为99.99wt%以上、粒径为10~30μm的Sn粉与Se粉。
4.根据权利要求1-3任一所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法,其特征在于,步骤2)具体是:
2.1)将步骤1)得到的块状坯体材料置于石英管中抽真空至4.5×10-4Pa以下,封口;
2.2)将步骤2.1)封口后的石英管放入马弗炉中,以2℃/min的升温速率加热到1000℃保温48h;水冷得到SnSe多晶。
5.根据权利要求1所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法,其特征在于,步骤3)具体是:
3.1)在充满氩气的手套箱中,将钢球与步骤2)得到的SnSe多晶按球料质量比5:1~20:1放入球磨罐中,然后将球磨罐密封,取出;
3.2)将步骤3.1)密封的球磨罐放在行星式球磨机中,以200~400rpm的球磨速度球磨5~50h;
3.3)在充满氩气的手套箱中打开球磨罐,取出粒径在2μm以下的SnSe多晶粉末。
6.根据权利要求5所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法,其特征在于,步骤4)具体是:
4.1)在充满氩气的手套箱中,将步骤3)得到的SnSe多晶粉末装入内壁垫有一层石墨纸的石墨模具中;
4.2)将步骤4.1)的石墨模具从手套箱中取出,置于真空热压炉或放电等离子烧结设备中,以10℃/min的升温速率加热至480±30℃,并在30~60MPa的压力下保温保压10~50min;
4.3)随炉冷却,取出石墨模具,脱模,将样品表面打磨干净平整,得到纯SnSe多晶块体。
7.根据权利要求6所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法,其特征在于:
步骤3.1)中,球料比为5:1;
步骤3.2)中,以300rpm的球磨速度球磨20h。
8.根据权利要求7所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法,其特征在于:
步骤4.2)中,以10℃/min的升温速率加热至500℃,并在50MPa的压力下保温保压30min。
9.一种高ZT值的SnSe多晶块体,其特征在于:采用权利要求1~8任一所述的制备方法制得。
10.根据权利要求9所述高ZT值的SnSe多晶块体,其特征在于:
致密度为96.93%,室温载流子浓度为1.90×1017cm-3,载流子迁移率为1.16cm2V-1s-1,电阻率为28.32Ωcm;在873K时,材料的电导率为77.9S cm-1,功率因子为6.9μW K-2cm-1,总热导率为0.28W K-1m-1,ZT值为2.1。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115073161A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-20 | 重庆翰博显示科技研发中心有限公司 | 一种复合陶瓷的制备方法 |
CN115110152A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-09-27 | 南京理工大学 | 一种P型SnSe热电材料的制备方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105047809A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-11-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | SnSe基热电材料及其制备方法 |
CN105565284A (zh) * | 2016-03-04 | 2016-05-11 | 山东科技大学 | 一种取向化片状SnSe粉体的制备方法 |
CN107400917A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-11-28 | 武汉理工大学 | 一种SnSe2晶体化合物及其制备方法和应用 |
CN108588838A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-09-28 | 桂林电子科技大学 | 一种制备具有高热电性能的SnSe多晶块体的方法 |
CN110098310A (zh) * | 2018-01-30 | 2019-08-06 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种SnSe基热电材料取向多晶的制备方法 |
CN111490148A (zh) * | 2019-01-27 | 2020-08-04 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种多晶SnSe基热电材料的制备方法 |
-
2021
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105047809A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-11-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | SnSe基热电材料及其制备方法 |
CN105565284A (zh) * | 2016-03-04 | 2016-05-11 | 山东科技大学 | 一种取向化片状SnSe粉体的制备方法 |
CN107400917A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-11-28 | 武汉理工大学 | 一种SnSe2晶体化合物及其制备方法和应用 |
CN110098310A (zh) * | 2018-01-30 | 2019-08-06 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种SnSe基热电材料取向多晶的制备方法 |
CN108588838A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-09-28 | 桂林电子科技大学 | 一种制备具有高热电性能的SnSe多晶块体的方法 |
CN111490148A (zh) * | 2019-01-27 | 2020-08-04 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种多晶SnSe基热电材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
J.O. MORALES FERREIRO等: ""Effect of the annealing on the power factor of un-doped cold-pressed SnSe"", 《APPLIED THERMAL ENGINEERING》, vol. 111, pages 1426 - 1432 * |
MATTHEW R. BURTON等: ""3D Printed SnSe Thermoelectric Generators with High Figure of Merit"", 《ADVANCED ENERGY MATERIALS》, vol. 9, pages 1 - 8 * |
YONG KYU LEE等: ""Surface Oxide Removal for Polycrystalline SnSe Reveals Near-Single-Crystal Thermoelectric Performance"", 《JOULE》, vol. 3, pages 719 - 731 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115110152A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-09-27 | 南京理工大学 | 一种P型SnSe热电材料的制备方法 |
CN115073161A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-20 | 重庆翰博显示科技研发中心有限公司 | 一种复合陶瓷的制备方法 |
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Publication number | Publication date |
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