CN113889563A - 一种p型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种p型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括如下步骤：(1)将原料Bi、Te和Sb按BixSb2‑xTe3，0.4≤x≤0.7配料加入玻璃管中抽真空；(2)将玻璃管放入摇摆炉中熔炼，然后将玻璃管取出竖直放置冷却，得到碲化铋基合金锭；(3)将碲化铋基合金锭放入气雾化设备中，将雾化室抽真空后通入雾化气体洗炉；(4)升温熔炼，待碲化铋基合金锭完全熔化成熔体，保温精炼至雾化温度，将喷嘴加热，启动雾化气体，达到气雾化压力时，开始进行雾化；(5)雾化结束后，冷却至室温得到所述p型碲化铋基热电材料。通过本发明所述方法制备的p型碲化铋基热电材料粒径小于10μm、球形度好可用于3D打印的碲化铋基热电材料，无需经过筛分，材料利用率高。
Description
技术领域
本发明属于金属粉末制备技术领域，具体涉及一种p型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用。
背景技术
热电材料是一种能够实现电能和热能之间相互转换的功能材料，碲化铋基合金是目前商业化应用，并且在室温附近性能最好的热电材料。具有无污染、无损耗、可靠性高等优异特点，有望能够大幅提高能源利用率、缓解环境污染。传统的热电材料器件一般是通过减材制造工艺来制备的，主要是切割插嵌法，但这种方法受限于热电材料的力学性能，碲化铋基合金材料的本征层状结构特征使其非常容易沿c轴晶面发生解理，导致材料的加工强度非常弱，加工的成材率非常低，加工难度大，使得热电比无法达到高的精度，所以在热电器件微型化方面存在很多问题。
近年来，3D打印技术的快速发展，引起了国内外研究者的重视。3D打印是一种通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型技术，具有能耗小、成本低、成型精度高的特点，通过3D打印可实现p型和n型材料的同时打印来制造微型热电器件，避免了原材料在加工过程中造成的损耗。3D打印用的金属粉末如果为球形粉末，且球形度越高，打印时铺粉及送粉就更容易进行。
专利CN201810225213.2公开了一种利用球磨工艺将单质粉末合成p型碲化铋基合金粉体的方法，制备得到粉体粒径小于10微米的可用于3D打印的粉体，但是该工艺需要先将单质原料粉体进行球磨4h，再过800目筛，过程耗时长，材料利用率低。专利CN201811368967.X公开了利用球磨工艺对热电材料粉体进行球磨处理10h，然后再过1000目筛筛分，得到粒径小于13微米的满足3D打印粒径要求的热电材料粉体的方法。然而该过程耗时长，筛分难度大，不利于大规模地工业化生产。专利CN 202010970191.X公开了一种碲化锑热电材料的激光3D打印合成制备方法，通过球磨工艺将单质粉体球磨混合5h制备用于3D打印的合金粉体，该过程耗时长，且粉末合金化的组分均一性难以控制。
针对上述制备粉体存在制备周期长，球形度不好等缺陷，现需研究一种球形度好，制备周期短，材料利用率高的热电材料的制备工艺。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种p型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用。本发明先将原料通过摇摆熔炼进行充分的合金化得到碲化铋基合金，再将碲化铋基合金进行气雾化来批量稳定制备粉末粒径小、成分均匀性好、氧含量低的球形的可用于3D打印的碲化铋基热电材料。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种p型碲化铋基热电材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料Bi、原料Te和原料Sb按BixSb2-xTe3，0.4≤x≤0.7配料加入玻璃管中抽真空密封；
(2)将抽真空密封的玻璃管放入摇摆炉中进行熔炼，熔炼结束后，将玻璃管取出竖直放置冷却，得到碲化铋基合金锭；
(3)将碲化铋基合金锭放入气雾化设备中，将雾化室抽真空后通入雾化气体进行洗炉；
(4)洗炉结束后，进行升温熔炼，待碲化铋基合金锭完全熔化成熔体，保温精炼至雾化温度，将喷嘴加热，启动雾化气体，当达到气雾化压力时，开始进行雾化；
(5)雾化结束后，冷却至室温得到所述p型碲化铋基热电材料。
本发明先将原料通过摇摆熔炼进行充分的合金化，得到碲化铋基合金，再将碲化铋基合金进行气雾化来批量稳定制备p型碲化铋基热电粉末。本发明所述p型碲化铋基热电材料的粒径小于10μm、球形度好、成分均匀性好、氧含量低，可用于3D打印的碲化铋基热电材料，而且无需经过筛分，材料利用率高。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(1)中，原料Bi和原料Sb的纯度≥99.99％，原料Te的纯度≥99.999％。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(2)中，熔炼的具体步骤包括如下：将摇摆炉中的玻璃管在680-720℃下先预热5-6min，然后熔炼5-7min后取出摇匀后，再精炼2-3min。
本发明所述玻璃管为高硼硅玻璃管或石英玻璃管。
所述步骤(2)中，将玻璃管取出竖直放置，轻敲玻璃管壁排除熔体中的气泡。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(3)中，雾化气体为氩气，氮气中的一种。
所述步骤(3)中，雾化室抽真空后的真空度为10-3Pa，洗炉时间为10min。
所述步骤(3)中碲化铋基合金锭放置于气雾化设备的熔炼坩埚中，所述熔炼坩埚为氧化铝坩埚，氧化锆坩埚、氧化镁坩埚中一种。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(4)中，升温速率为10-15℃/min，熔炼温度为630-650℃。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(4)中，雾化温度为680～700℃；喷嘴加热的温度为400～450℃。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(4)中，气雾化压力为1.8～2.0MPa，喷嘴的直径为1.0-1.4mm。
更优选地，所述步骤(4)中，喷嘴的直径为1.2mm。
现有技术通常球磨、筛分等过程制备目标粒径的球形材料，也有通过控制喷嘴直径的大小控制不同粒径粉末所占比例，但是最终都要经过筛分得到目标粒径。但本发明不仅通过喷嘴尺寸控制不同粒径粉末所占比例，而且结合所述气雾化工艺的参数，最后生成的p型碲化铋基热电材料球形度好，粒径均为10μm以下，粒径均匀度好，不需要经过筛分，材料利用率高。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(5)中，雾化结束后，关闭雾化气体和喷嘴加热功率，保持雾化气体压力为0.01-0.03MPa进行冷却。
本发明还要求保护采用所述p型碲化铋基热电材料的制备方法制备的p型碲化铋基热电材料。
本发明还要求保护所述p型碲化铋基热电材料作为3D打印材料应用于3D打印中。
本发明所述球形粉末的p型碲化铋基热电材料具有球型度好、氧含量低、粒径小的特点，适用于作为3D打印材料用于3D打印。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明先将原料通过摇摆熔炼进行充分的合金化，得到碲化铋基合金，再将碲化铋基合金进行气雾化来批量稳定制备p型碲化铋基热电粉末。本发明所述p型碲化铋基热电材料的粒径小于10μm、球形度好、成分均匀性好、氧含量低，可用于3D打印的碲化铋基热电材料，而且无需经过筛分，材料利用率高，因此适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的p型碲化铋基热电材料的扫描电镜图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例和对比例中，所述原料Bi和原料Sb的纯度≥99.99％，原料Te的纯度≥99.999％。
实施例1
本发明一种p型碲化铋基热电材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照投料总量为1.2kg，按照Bi0.5Sb1.5Te3的化学计量比称取配料，加入高硼硅玻璃管中，抽真空密封；
(2)将真空密封的高硼硅玻璃管放入摇摆炉内进行充分熔炼，熔炼温度为700℃，先预热5min，然后进行摇摆熔炼6min后取出摇匀，再放回摇摆炉膛内精炼2min，取出竖直靠在铁架上，轻轻敲玻璃管壁排除熔体中的气泡，自然冷却至室温后，将玻璃管破碎取出合金化后的p型碲化铋基合金锭；
(3)将p型碲化铋基合金锭加入氧化铝坩埚中，投料总量为5kg，然后将雾化室抽真空至10-3Pa后通入氩气运行10min进行洗炉；以12℃/min的速率升温至650℃进行熔炼，待合金完全熔化成熔体后，保温精炼6min，当熔体温度达到雾化温度700℃时，将喷嘴加热至420℃，喷嘴的尺寸直径为1.2mm，按住塞子杆，启动氩气，当气雾化压力达到2MPa时，拉起塞子杆开始进行雾化；
(4)气雾化完成后，关闭氩气，关闭喷嘴加热功率，保持氩气压力在0.02MPa，进行冷却，冷却至室温后，清理收集仓和旋风分离器中的粉末，即得p型碲化铋基热电材料。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为15.55wt.％，Sb为27.26wt.％，Te为57.14wt.％；氧含量为0.03％；粒度分布D10为0.165μm，D50为3.210μm，D90为7.890μm。
图1为实施例1制备的p型碲化铋基热电材料的扫描电镜图，从图中可以看出，所述p型碲化铋基热电材料具有良好的球形度，且粒径为10μm以下。
实施例2
本发明一种p型碲化铋基热电材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照投料总量为1.2kg，按照Bi0.5Sb1.5Te3的化学计量比称取配料，加入高硼硅玻璃管中，抽真空密封；
(2)将真空密封的高硼硅玻璃管放入摇摆炉内进行充分熔炼，熔炼温度为700℃，先预热5min，然后进行摇摆熔炼6min后取出摇匀，再放回摇摆炉膛内精炼2min，取出竖直靠在铁架上，轻轻敲玻璃管壁排除熔体中的气泡，自然冷却至室温后，将玻璃管破碎取出合金化后的p型碲化铋基合金锭；
(3)将p型碲化铋基合金锭加入氧化铝坩埚中，投料总量为5kg，然后将雾化室抽真空至10-3Pa后通入氩气运行10min进行洗炉；以12℃/min的速率升温至630℃进行熔炼，待合金完全熔化成熔体后，保温精炼6min，当熔体温度达到雾化温度690℃时，将喷嘴加热至420℃，喷嘴的尺寸直径为1.2mm，按住塞子杆，启动氩气，当气雾化压力达到2MPa时，拉起塞子杆开始进行雾化；
(4)气雾化完成后，关闭氩气，关闭喷嘴加热功率，保持氩气压力在0.02MPa，进行冷却，冷却至室温后，清理收集仓和旋风分离器中的粉末，即得p型碲化铋基热电材料。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为15.57wt.％，Sb为27.30wt.％，Te为57.12wt.％；氧含量为0.03％；粒度分布D10为0.186μm，D50为3.000μm，D90为7.100μm。
实施例3
本发明一种p型碲化铋基热电材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照投料总量为1.2kg，按照Bi0.4Sb1.6Te3的化学计量比称取配料，加入高硼硅玻璃管中，抽真空密封；
(2)将真空密封的高硼硅玻璃管放入摇摆炉内进行充分熔炼，熔炼温度为700℃，先预热5min，然后进行摇摆熔炼6min后取出摇匀，再放回摇摆炉膛内精炼2min，取出竖直靠在铁架上，轻轻敲玻璃管壁排除熔体中的气泡，自然冷却至室温后，将玻璃管破碎取出合金化后的p型碲化铋基合金锭；
(3)将p型碲化铋基合金锭加入氧化铝坩埚中，投料总量为5kg，然后将雾化室抽真空至10-3Pa后通入氩气运行10min进行洗炉；以12℃/min的速率升温至650℃进行熔炼，待合金完全熔化成熔体后，保温精炼5min，当熔体温度达到雾化温度700℃时，将喷嘴加热至420℃，喷嘴的尺寸直径为1.2mm，按住塞子杆，启动氩气，当气雾化压力达到2MPa时，拉起塞子杆开始进行雾化；
(4)气雾化完成后，关闭氩气，关闭喷嘴加热功率，保持氩气压力在0.02MPa，进行冷却，冷却至室温后，清理收集仓和旋风分离器中的粉末，即得p型碲化铋基热电材料。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为12.73wt.％，Sb为29.43wt.％，Te为57.83wt.％；氧含量为0.02％；粒度分布D10为0.509μm，D50为3.250μm，D90为7.810μm。
实施例4
本发明一种p型碲化铋基热电材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照投料总量为1.2kg，按照Bi0.7Sb1.3Te3的化学计量比称取配料，加入高硼硅玻璃管中，抽真空密封；
(2)将真空密封的高硼硅玻璃管放入摇摆炉内进行充分熔炼，熔炼温度为720℃，先预热5.5min，然后进行摇摆熔炼7min后取出摇匀，再放回摇摆炉膛内精炼2min，取出竖直靠在铁架上，轻轻敲玻璃管壁排除熔体中的气泡，自然冷却至室温后，将玻璃管破碎取出合金化后的p型碲化铋基合金锭；
(3)将n型碲化铋基合金锭加入氧化铝坩埚中，投料总量为5kg，然后将雾化室抽真空至10-3Pa后通入氩气运行10min进行洗炉；以15℃/min的速率升温至630℃进行熔炼，待合金完全熔化成熔体后保温精炼，当熔体温度达到雾化温度700℃时，将喷嘴加热至450℃，喷嘴的尺寸直径为1.4mm，按住塞子杆，启动氩气，当气雾化压力达到1.8MPa时，拉起塞子杆开始进行雾化；
(4)气雾化完成后，关闭氩气，关闭喷嘴加热功率，保持氩气压力在0.02MPa，进行冷却，冷却至室温后，清理收集仓和旋风分离器中的粉末，即得p型碲化铋基热电材料。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为21.26wt.％，Sb为23.05wt.％，Te为55.68wt.％；氧含量为0.03％；粒度分布D10为0.891μm，D50为5.350μm，D90为9.830μm。
实施例5
本发明一种p型碲化铋基热电材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照投料总量为1.2kg，按照Bi0.4Sb1.6Te3的化学计量比称取配料，加入高硼硅玻璃管中，抽真空密封；
(2)将真空密封的高硼硅玻璃管放入摇摆炉内进行充分熔炼，熔炼温度为680℃，先预热5min，然后进行摇摆熔炼5min后取出摇匀，再放回摇摆炉膛内精炼3min，取出竖直靠在铁架上，轻轻敲玻璃管壁排除熔体中的气泡，自然冷却至室温后，将玻璃管破碎取出合金化后的p型碲化铋基合金锭；
(3)将p型碲化铋基合金锭加入氧化铝坩埚中，投料总量为5kg，然后将雾化室抽真空至10-3Pa后通入氩气运行10min进行洗炉；以10℃/min的速率升温至650℃进行熔炼，待合金完全熔化成熔体后保温精炼，当熔体温度达到雾化温度680℃时，将喷嘴加热至400℃，喷嘴的尺寸直径为1.0mm，按住塞子杆，启动氩气，当气雾化压力达到1.9MPa时，拉起塞子杆开始进行雾化；
(4)气雾化完成后，关闭氩气，关闭喷嘴加热功率，保持氩气压力在0.02MPa，进行冷却，冷却至室温后，清理收集仓和旋风分离器中的粉末，即得p型碲化铋基热电材料。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为12.68wt.％，Sb为29.16wt.％，Te为58.15wt.％；氧含量为0.03％；粒度分布D10为0.105μm，D50为2.381μm，D90为5.720μm。
实施例6
本实施例所述p型碲化铋基热电材料的制备方法与实施例1唯一不同的是：所述步骤(3)中，喷嘴的尺寸直径为1.0mm。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为15.56wt.％，Sb为27.24wt.％，Te为57.15wt.％；氧含量为0.03％；粒度分布D10为0.115μm，D50为2.352μm，D90为5.630μm。
实施例7
本实施例所述p型碲化铋基热电材料的制备方法与实施例1唯一不同的是：所述步骤(3)中，喷嘴的尺寸直径为1.3mm。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为15.55wt.％，Sb为27.25wt.％，Te为57.16wt.％；氧含量为0.03％；粒度分布D10为0.185μm，D50为3.562μm，D90为8.130μm。
实施例8
本实施例所述p型碲化铋基热电材料的制备方法与实施例1唯一不同的是：所述步骤(3)中，喷嘴的尺寸直径为1.4mm。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为15.54wt.％，Sb为27.24wt.％，Te为57.12wt.％；氧含量为0.03％；粒度分布D10为0.652μm，D50为5.861μm，D90为9.320μm。
实施例9
本实施例所述p型碲化铋基热电材料的制备方法与实施例1唯一不同的是：所述步骤(3)中，当气雾化压力达到1.8MPa时，拉起塞子杆开始进行雾化。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为15.56wt.％，Sb为27.25wt.％，Te为57.16wt.％；氧含量为0.03％；粒度分布D10为0.230μm，D50为4.320μm，D90为8.253μm。
对比例1
本发明一种p型碲化铋基热电材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照投料总量为1.2kg，按照Bi0.5Sb1.5Te3的化学计量比称取配料，加入高硼硅玻璃管中，抽真空密封；
(2)将真空密封的高硼硅玻璃管放入摇摆炉内进行充分熔炼，熔炼温度为700℃，先预热5min，然后进行摇摆熔炼6min后取出摇匀，再放回摇摆炉膛内精炼2min，取出竖直靠在铁架上，轻轻敲玻璃管壁排除熔体中的气泡，自然冷却至室温后，将玻璃管破碎取出合金化后的p型碲化铋基合金锭。
对所得到的合金化后的p型碲化铋基合金锭进行测试，组分测试结果显示Bi为15.53％，Sb为27.35％，Te为57.07％；氧含量为0.03％；所述p型碲化铋基合金锭不是球形颗粒。
对比例2
本发明一种p型碲化铋基热电材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照投料总量为1.2kg，按照Bi0.5Sb1.5Te3的化学计量比称取配料；
(2)将配料加入氧化铝坩埚中，投料总量为5kg，然后将雾化室抽真空至10-3Pa后通入氩气运行10min进行洗炉；以12℃/min的速率升温至650℃进行熔炼，待合金完全熔化成熔体后，保温精炼6min，当熔体温度达到雾化温度700℃时，将喷嘴加热至420℃，喷嘴的尺寸直径为1.2mm，按住塞子杆，启动氩气，当气雾化压力达到2MPa时，拉起塞子杆开始进行雾化；
(3)气雾化完成后，关闭氩气，关闭喷嘴加热功率，保持氩气压力在0.02MPa，进行冷却，冷却至室温后，清理收集仓和旋风分离器中的粉末，即得p型碲化铋基热电材料。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为15.12wt.％，Sb为27.06wt.％，Te为57.71wt.％，组分存在轻微损耗现象；氧含量为0.03％；粒度分布D10为0.462μm，D50为4.586μm，D90为8.320μm。
对比例3
本对比例所述p型碲化铋基热电材料的制备方法与实施例1唯一不同的是：所述步骤(3)中，当气雾化压力达到2.3MPa时，拉起塞子杆开始进行雾化。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为15.53wt.％，Sb为27.25wt.％，Te为57.15wt.％；氧含量为0.03％；粒度分布D10为1.732μm，D50为9.325μm，D90为18.520μm。
对比例4
本对比例所述p型碲化铋基热电材料的制备方法与实施例1唯一不同的是：所述步骤(3)中，喷嘴的尺寸直径为1.6mm。
对所得到的p型碲化铋基热电材料进行测试，组分测试结果显示Bi为15.55wt.％，Sb为27.25wt.％，Te为57.15wt.％；氧含量为0.03％；粒度分布D10为6.321μm，D50为18.870μm，D90为28.260μm。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种p型碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将原料Bi、原料Te和原料Sb按BixSb2-xTe3，0.4≤x≤0.7配料加入玻璃管中抽真空密封；
(2)将抽真空密封的玻璃管放入摇摆炉中进行熔炼，熔炼结束后，将玻璃管取出竖直放置冷却，得到碲化铋基合金锭；
(3)将碲化铋基合金锭放入气雾化设备中，将雾化室抽真空后通入雾化气体进行洗炉；
(4)洗炉结束后，进行升温熔炼，待碲化铋基合金锭完全熔化成熔体，保温精炼至雾化温度，将喷嘴加热，启动雾化气体，当达到气雾化压力时，开始进行雾化；
(5)雾化结束后，冷却至室温得到所述p型碲化铋基热电材料。
2.如权利要求1所述p型碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，原料Bi和原料Sb的纯度≥99.99％，原料Te的纯度≥99.999％。
3.如权利要求1所述p型碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，熔炼的具体步骤包括如下：将摇摆炉中的玻璃管在680-720℃下先预热5-6min，然后熔炼5-7min后取出摇匀后，再精炼2-3min。
4.如权利要求1所述p型碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，雾化气体为氩气、氮气中的一种。
5.如权利要求1所述p型碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，升温速率为10-15℃/min，熔炼温度为630-650℃，保温精炼时间为5-8min。
6.如权利要求1所述p型碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，雾化温度为680～700℃；喷嘴加热的温度为400～450℃。
7.如权利要求1所述p型碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，气雾化压力为1.8～2.0MPa，喷嘴的直径为1.0-1.4mm。
8.如权利要求1所述p型碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，喷嘴的直径为1.2mm。
9.采用如权利要求1-8任一项所述p型碲化铋基热电材料的制备方法制备的p型碲化铋基热电材料。
10.如权利要求9所述p型碲化铋基热电材料作为3D打印材料应用于3D打印中。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114655937A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-06-24 | 成都露思特新材料科技有限公司 | 一种碲化铋基热电材料的3d打印件的前驱体粉末及其制备方法 |
| CN114671688A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-06-28 | 成都露思特新材料科技有限公司 | 一种碲化铋基热电材料的3d打印件及其打印方法、热电器件 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102637817A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-08-15 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种碲化铋基块体热电材料的制备方法 |
| CN110556471A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-12-10 | 武汉理工大学 | 一种基于3d打印的热电制冷片及其制造方法 |
| CN112430093A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-02 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | 一种铋锑碲合金靶材的制备方法 |
| CN113161474A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-07-23 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | 一种p型碲化铋基合金材料及其制备方法 |
| CN113213435A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-06 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | 一种n型碲化铋基合金粉体及其制备方法 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102637817A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-08-15 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种碲化铋基块体热电材料的制备方法 |
| CN110556471A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-12-10 | 武汉理工大学 | 一种基于3d打印的热电制冷片及其制造方法 |
| CN112430093A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-02 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | 一种铋锑碲合金靶材的制备方法 |
| CN113161474A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-07-23 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | 一种p型碲化铋基合金材料及其制备方法 |
| CN113213435A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-06 | 先导薄膜材料（广东）有限公司 | 一种n型碲化铋基合金粉体及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| BABU MADAVALI 等: "Effect of Chemical Composition on the Thermoelectric Properties of n-Type Bi2Te3 Alloys Fabricated by Gas Atomization and Hot Extrusion", JOURNAL OF ELECTRONIC MATERIALS, vol. 43, no. 6, 7 March 2014 (2014-03-07), pages 2390 - 2396, XP035314258, DOI: 10.1007/s11664-014-3077-6 * |
| 陈国良 主编: "高温合金学", 31 May 1988, 冶金工业出版社, pages: 216 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114655937A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-06-24 | 成都露思特新材料科技有限公司 | 一种碲化铋基热电材料的3d打印件的前驱体粉末及其制备方法 |
| CN114671688A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-06-28 | 成都露思特新材料科技有限公司 | 一种碲化铋基热电材料的3d打印件及其打印方法、热电器件 |
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