CN117651467A - 一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法 - Google Patents
一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117651467A CN117651467A CN202311549871.4A CN202311549871A CN117651467A CN 117651467 A CN117651467 A CN 117651467A CN 202311549871 A CN202311549871 A CN 202311549871A CN 117651467 A CN117651467 A CN 117651467A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- seo
- compound
- orientation
- elemental
- powder
- 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
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 95
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 68
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 60
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 58
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 35
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 24
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 18
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 claims description 11
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 6
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 9
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 63
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 7
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 4
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 4
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000000713 high-energy ball milling Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 229940065287 selenium compound Drugs 0.000 description 1
- ZIJTYIRGFVHPHZ-UHFFFAOYSA-N selenium oxide(seo) Chemical compound [Se]=O ZIJTYIRGFVHPHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本申请公开了一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，步骤包括：提供单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3，其中，单质Bi的粉末粒径为50～100μm，单质Se的粉末粒径为50～100μm，化合物Bi2O3的粉末粒径为50～100μm；将单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3进行混合，得到混合物；将混合物进行球磨处理2～5h，得到Bi2SeO2化合物粉末；将Bi2SeO2化合物粉末压实得到Bi2SeO2块体，将Bi2SeO2块体进行放电等离子体烧结，得到高取向Bi2SeO2热电材料。本申请通过严格控制原料的粒径范围和球磨处理的时间，获得具有高取向、片层状晶粒结构的Bi2SeO2化合物粉末，再利用放电等离子体烧结获得具有片层状晶粒结构的高取向Bi2SeO2热电材料。制备方法操作过程简单、高效。
Description
技术领域
本发明涉及新能源材料技术领域，尤其涉及一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法。
背景技术
热电能量转换技术能够实现热能和电能的直接相互转换，在空间电源、局部制冷等领域发挥着重要作用。随着近年来物联网、信息技术的快速发展和芯片集成度的迅速提高，热电技术更是成为最受期待的、支撑诸多现代化产业的关键技术之一。由热电材料构成的热电元件是热电器件的基元，决定了热电能量转换器件的理论最大效率。热电材料的性能由无量纲热电优值ZT(ZT＝S2σT/κ，其中S、σ、κ、T分别为材料的塞贝克系数、电导率、热导率和绝对温度)进行评估。因此，良好的热电材料需要其具有高的热电优值，即高的塞贝克系数、高的电导率和低的热导率。
氧硒化合物Bi2SeO2因存在Se缺陷本征呈N型导电特性。稳定的Bi2SeO2为四方晶系，每个O原子都与四个Bi原子成共价键，形成Bi4O四面体，这些四面体紧密排列形成绝缘(Bi2O2)2+层，该层与导电(Se2)2-层以静电力结合沿c轴交替排列，形成层状晶体结构。这种特殊的晶体结构导致该材料性能的各向异性，电子传导通道和施主位点产生空间分离，载流子在这种二维结构传输中受到的散射弱，迁移率高，有利于获得高的电导率和塞贝克系数。同时，二维层状结构有利于晶界散射的增强，可有效降低晶格热导率。因此，结合其晶体结构特点，制备具有二维层状晶粒结构的高取向Bi2SeO2热电材料对性能的提高具有实际意义。
现有的高取向、二维层状晶粒结构的Bi2SeO2热电材料的制备主要有物理剥离法、湿化学合成法、化学气相沉积法、分子束外延法、脉冲激光沉积法。然而，物理剥离法和湿化学合成法合成效率不高且工艺繁琐。而化学气相沉积法、分子束外延法和脉冲激光沉积法制备的样品量很少，多适合于薄膜样品的制备，且设备较为昂贵，成本高。因此，目前并没有一种高效的、成本低的制备层状晶粒结构的高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法。
本发明的技术方案如下：
鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种高效的、成本低的制备高取向、层状晶粒结构的Bi2SeO2热电材料的制备方法。
本申请的技术方案如下：
一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，包括以下步骤：
提供单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3，其中，所述单质Bi的粉末粒径为50～100μm，所述单质Se的粉末粒径为50～100μm，所述化合物Bi2O3的粉末粒径为50～100μm；将所述单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3进行混合，得到混合物；将所述混合物进行球磨处理2～5h，得到Bi2SeO2化合物粉末；
将所述Bi2SeO2化合物粉末压实得到Bi2SeO2块体，将所述Bi2SeO2块体进行放电等离子体烧结，得到高取向Bi2SeO2热电材料。
可选地，所述单质Bi、所述单质Se和所述化合物Bi2O3按照所述混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为1.9-2.1:1-1.1:2的比例进行配比。
可选地，所述单质Bi、所述单质Se和所述化合物Bi2O3按照所述混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为2:1:2的比例进行配比。
可选地，所述球磨处理的转速为350～550r/min。
可选地，所述放电等离子体烧结的温度为550～650℃，所述放电等离子体烧结的压强为40～80MPa，所述放电等离子体烧结的时间为3～10min。
可选地，所述高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法还包括以下步骤：将所述单质Bi、所述单质Se和所述化合物Bi2O3进行过筛和/或球磨处理，以使所述单质Bi的粉末粒径为50～100μm，所述单质Se的粉末粒径为50～100μm，所述化合物Bi2O3的粉末粒径为50～100μm。
可选地，所述将所述混合物进行球磨处理2～5h的步骤包括：将所述混合物和磨球装入球磨罐中，对所述球磨罐抽真空，再将所述球磨罐安装于球磨机上,进行球磨处理2～5h；所述磨球与所述混合物的质量比为25:1～55:1。
可选地，所述将所述Bi2SeO2化合物粉末压实的步骤包括：将所述Bi2SeO2化合物粉末转移至石墨模具中，用石墨压头压实，得到Bi2SeO2块体。
可选地，所述将所述Bi2SeO2块体进行放电等离子体烧结的步骤包括：将所述Bi2SeO2块体放入放电等离子体烧结炉中，在真空条件下烧结。
本申请的有益效果：
本申请通过严格控制单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3三种原料的粒径范围以及将三种原料混合后进行球磨处理的时间，减少了混合过程中杂相的形成，使粉末的晶粒呈明显的片层状分布；再通过放电等离子体烧结，最终制得具有片层状晶粒结构的高取向Bi2SeO2热电材料。该制备方法操作过程简单、高效。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法的流程示意图；
图2为本申请提供的另一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法的流程示意图；
图3为本申请实施例1中制得的高取向Bi2SeO2热电材料的X射线衍射图谱；
图4为本申请实施例1中制得的高取向Bi2SeO2热电材料的扫描电镜形貌图；
图5为本申请实施例2中制得的高取向Bi2SeO2热电材料的X射线衍射图谱；
图6为本申请实施例2中制得的高取向Bi2SeO2热电材料的扫描电镜形貌图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请附图和实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。在不冲突的情况下，下述实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明，若本申请实施中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其对相对重要性和隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互组合，但是必须使本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
现有的技术中高取向、二维层状晶粒结构的Bi2SeO2的制备主要有物理剥离法、湿化学合成法、化学气相沉淀法、分子束外延法、脉冲激光沉积法。然而，物理剥离法和湿化学合成法合成效率不高且工艺繁琐；而化学气相沉积法、分子束外延法和脉冲激光沉积法制备得量很少，多适用于薄膜样品的制备，且制作设备昂贵，成本高。
基于此，本申请提供一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S101：提供单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3。
其中，Bi、Se和化合物Bi2O3的质量纯度均>99.99％，单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3的粉末粒径均为50～100μm。例如，单质Bi的粉末粒径为50μm、62μm、70μm、80μm、90μm或100μm等，单质Se的粉末粒径为50μm、62μm、70μm、80μm、90μm或100μm等，化合物Bi2O3的粉末粒径为50μm、62μm、70μm、80μm、90μm或100μm等。单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3的粉末粒径可以相同或者不相同，对于单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3的粉末粒径的筛选可以选用过筛等方式进行，在此不做限定。
原始的单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3的粉末粒径如果过小，会导致球磨初期形成的化合物晶粒过小，无法形成明显的取向性。通过将单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3的粉末粒径均限制为50～100μm，可以使最终制得化合物Bi2SeO2具有高取向性。
S102：将单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3进行混合，得到混合物。
在一实施方式中，单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3的比例关系为，单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3按照混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为1.9～2.1:1～1.1:2的比例进行配比。该摩尔比下利用单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3合成化合物Bi2SeO2的效率更高，减少了杂相的产生，有利于后续的进一步制备。优选地，单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3按照混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为2:1:2的比例进行配比。
S103:将混合物进行球磨处理2～5h，得到Bi2SeO2化合物粉末。
球磨处理的步骤可以包括：将混合物和磨球装入到球磨罐中，对球磨罐进行抽真空，再将球磨罐安装在球磨机上。其中，球磨处理的时间为2～5h，例如球磨处理的时间可以使2h、3h、3.5h、4h、4.3h或5h等。
在球磨初期，较大的单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3颗粒在球磨过程中承受强烈的冲击和剪切，不断发生冷焊和破碎的循环，导致元素之间化合进而形成化合物Bi2SeO2，同时由于化合物Bi2SeO2为层状晶体结构，层间作用力较弱，在剪切力的作用下，不利于层间键合的形成或层间键合容易断裂，从而导致形成片层状晶粒结构形貌。随着球磨时间的延长，目标化合物Bi2SeO2完全生成，冷焊和破碎的循环过程会导致晶粒细化，晶粒尺寸循序减小。因此，通过严格控制球磨的时间，保证了制得的Bi2SeO2化合物粉末具有片层状晶粒结构。
球磨机可以选用行星式球磨机、滚筒式球磨机或搅拌式球磨机等，通过高能球磨的方式对单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3的混合物进行球磨处理。
在一实施方式中，球磨处理的转速为350～550r/min，例如球磨处理的转速为350r/min、4000r/min、450r/min、500r/min或550r/min等。
在一实施方式中，球磨处理中磨球和混合物的质量比为25:1～55:1，例如磨球和混合物的质量比为25:1、35:1、40:1、50:1或55:1等。
S104：将Bi2SeO2化合物粉末压实得到Bi2SeO2块体，将Bi2SeO2块体进行放电等离子体烧结，得到高取向Bi2SeO2热电材料。
其中，将Bi2SeO2化合物粉末压实的具体步骤可以为：将Bi2SeO2化合物粉末转移至石墨模具中，用石墨压头压实，以得到Bi2SeO2块体。放电等离子体烧结的步骤可以为：将得到的Bi2SeO2块体放入放电等离子体烧结炉中，在真空条件下进行烧结。在一种实施方式中，高取向Bi2SeO2热电材料以块体的形式制得。
在一实施方式中，放电等离子体烧结的温度为550～650℃，例如放电等离子体烧结的温度为550℃、580℃、600℃、620℃或650℃等。
在一实施方式中，放电等离子体烧结的压强为40～80MPa，例如放电等离子体烧结的压强为40MPa、50MPa、62MPa、70MPa或80MPa等。
在一实施方式中，放电等离子体烧结的时间为3～10min，例如，放电等离子体烧结的时间为3min、4min、5min、6.5min、7min、8min、9min或10min等。
通过放电等离子体烧结可以使Bi2SeO2块体快速烧结，减少了Bi2SeO2块体在高温中的存在时间，进而减少了在高温烧结期间Bi2SeO2发生化合反应的时间或概率，保证了最终制得具有高取向Bi2SeO2热电材料。
请参阅图2，本申请提供另一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，包括以下步骤：
S201：提供单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3，将单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3进行过筛和/或球磨处理。
为了保证单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3的粉末粒径满足后续制备的要求，需要对单质Bi、单质Se以及化合物Bi2O3进行筛选。单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3的粉末粒径均为50～100μm。对小于粒径范围的原料通过过筛去除，对大于粒径范围的原料进行球磨处理，直至满足需求。球磨处理的方式可以为：将单质Bi或者单质Se或者化合物Bi2O3与磨球混合，放于球磨罐中，对球磨罐进行抽真空，再将球磨罐安装在球磨机上，启动球磨机进行球磨处理。具体球磨的参数可以根据实际需求进行选择不做限定。
S202：将处理后的单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3进行混合，得到混合物。
其中，单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3的比例关系为，单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3按照混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为1.9～2.1:1～1.1:2的比例进行配比。优选地，单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3按照混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为2:1:2的比例进行配比。
S203:将混合物和磨球装入球磨罐中，对球磨罐抽真空，再将球磨罐安装于球磨机上，进行球磨处理2～5h，得到Bi2SeO2化合物粉末。
其中球磨处理的相关参数设置于上述制备方法中相同，在此不做赘述。
S204：将Bi2SeO2化合物粉末转移至石墨模具中，用石墨压头压实，得到Bi2SeO2块体，将Bi2SeO2块体样放入放电等离子体烧结炉中，在真空条件下烧结得到高取向Bi2SeO2热电材料。
其中放电等离子体烧结的参数设置于上述制备方法中相同，在此不做赘述。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
提供单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3，其中，单质Bi的粉末粒径范围为50～75μm，单质Se的粉末粒径范围为50～75μm和化合物Bi2O3的粉末粒径范围为50～75μm。单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3按照混合后混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为2:1:2的比例进行配比并混合，得到混合物。将混合物和磨球加入球磨罐，磨球与混合物的质量比为35:1，在真空环境下以500r/min的转速球磨处理4h，得到Bi2SeO2化合物粉末。然后取Bi2SeO2化合物粉末放入石墨模具中，用石墨压头压实，得到Bi2SeO2块体；将装有Bi2SeO2块体的模具放入放电等离子体烧结炉中，在真空条件下烧结，烧结温度为600℃，烧结压强为50MPa，烧结时间5min，冷却得到高取向Bi2SeO2热电材料。
将制得的高取向Bi2SeO2热电材料进行X射线衍射分析，获得X射线衍射图谱，如图3所示。从图3中可以看出，与标准的Bi2SeO2卡片对比，实施例1中制得的Bi2SeO2块体材料的衍射峰略向左偏移，其中(400)峰强度明显增强，取向性明显。
将制得的高取向Bi2SeO2热电材料使用SEM扫描电镜进行观察，结果如图4所示，从图4可以看出，实施例1中所得的高取向Bi2SeO2热电材料的晶粒结构呈明显的片层状分布。
实施例2
提供单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3，其中，单质Bi的粉末粒径范围为50～75μm，单质Se的粉末粒径范围为50～75μm和化合物Bi2O3的粉末粒径范围为50～75μm。单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3按照混合后混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为2:1:2的比例进行配比并混合，得到混合物。将混合物和磨球加入球磨罐，磨球与混合物的质量比为40:1，在真空环境下以550r/min的转速球磨处理3h，得到Bi2SeO2化合物粉末。然后取Bi2SeO2化合物粉末放入石墨模具中，用石墨压头压实，得到Bi2SeO2块体；将装有Bi2SeO2块体的模具放入放电等离子体烧结炉中，在真空条件下烧结，烧结温度为600℃，烧结压强为50MPa，烧结时间8min，冷却得到高取向Bi2SeO2热电材料。
将制得的高取向Bi2SeO2热电材料进行X射线衍射分析，获得X射线衍射图谱，如图5所示。从图5中可以看出，与标准的Bi2SeO2卡片对比，实施例2中制得的Bi2SeO2块体材料的衍射峰略向左偏移，其中(400)峰强度明显增强，取向性明显。
将制得的高取向Bi2SeO2热电材料使用SEM扫描电镜进行观察，结果如图6所示，从图6可以看出，实施例2中所得的Bi2SeO2块体材料的晶粒结构呈明显的片层状分布。
实施例3
提供单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3，其中，单质Bi的粉末粒径范围为50～75μm，单质Se的粉末粒径范围为75～100μm和化合物Bi2O3的粉末粒径范围为50～75μm。单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3按照混合后混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为1.95:1:2的比例进行配比并混合，得到混合物。将混合物和磨球加入球磨罐，磨球与混合物的质量比为25:1，在真空环境下以350r/min的转速球磨处理2h，得到Bi2SeO2化合物粉末。然后取Bi2SeO2化合物粉末放入石墨模具中，用石墨压头压实，得到Bi2SeO2块体；将装有Bi2SeO2块体的模具放入放电等离子体烧结炉中，在真空条件下烧结，烧结温度为550℃，烧结压强为40MPa，烧结时间3min，冷却得到高取向Bi2SeO2热电材料。
实施例4
提供单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3，筛选单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3的粉末粒径。其中，单质Bi的粉末粒径范围为50～100μm，单质Se的粉末粒径范围为50～100μm和化合物Bi2O3的粉末粒径范围为50～100μm。对小于粒径范围的原料通过过筛去除，对大于粒径范围的原料进行球磨处理，将单质Bi与磨球混合，磨球与单质Bi的比例为35:1。将单质Bi和磨球混合放于球磨罐中，对球磨罐进行抽真空，再将球磨罐安装在球磨机上，启动球磨机进行球磨处理30min。取经球磨处理后的单质Bi进行筛选，筛选出粉末粒径范围在50～100μm的备用。
按照相同的方式选取粉末粒径范围在50～100μm的单质Se和化合物Bi2O3。
单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3按照混合后混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为2:1:2的比例进行配比并混合，得到混合物。将混合物和磨球加入球磨罐，磨球与混合物的质量比为45:1，在真空环境下以450r/min的转速球磨处理3h，得到Bi2SeO2化合物粉末。然后取Bi2SeO2化合物粉末放入石墨模具中，用石墨压头压实，得到Bi2SeO2块体；将装有Bi2SeO2块体的模具放入放电等离子体烧结炉中，在真空条件下烧结，烧结温度为580℃，烧结压强为70MPa，烧结时间10min，冷却得到高取向Bi2SeO2热电材料。
实施例5
提供单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3，其中，单质Bi的粉末粒径范围为75～100μm，单质Se的粉末粒径范围为50～75μm和化合物Bi2O3的粉末粒径范围为75～100μm。单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3按照混合后混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为2:1:2的比例进行配比并混合，得到混合物。将混合物和磨球加入球磨罐，磨球与混合物的质量比为55:1，在真空环境下以550r/min的转速球磨处理5h，得到Bi2SeO2化合物粉末。然后取Bi2SeO2化合物粉末放入石墨模具中，用石墨压头压实，得到Bi2SeO2块体；将装有Bi2SeO2块体的模具放入放电等离子体烧结炉中，在真空条件下烧结，烧结温度为650℃，烧结压强为80MPa，烧结时间10min，冷却得到高取向Bi2SeO2热电材料。
综上所述，本申请通过严格控制单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3三种原料的粒径范围以及将三种原料混合后进行球磨处理的时间，减少了混合过程中杂相的形成，使粉末的晶粒呈明显的片层状分布；再通过放电等离子体烧结，最终制得具有片层状晶粒结构的高取向Bi2SeO2热电材料。该方法操作过程简单、高效、成本低。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供单质Bi、单质Se和化合物Bi2O3，其中，所述单质Bi的粉末粒径为50～100μm，所述单质Se的粉末粒径为50～100μm，所述化合物Bi2O3的粉末粒径为50～100μm；
将所述单质Bi、所述单质Se和所述化合物Bi2O3进行混合，得到混合物；
将所述混合物进行球磨处理2～5h，得到Bi2SeO2化合物粉末；
将所述Bi2SeO2化合物粉末压实得到Bi2SeO2块体，将所述Bi2SeO2块体进行放电等离子体烧结，得到高取向Bi2SeO2热电材料。
2.根据权利要求1所述高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，其特征在于，所述单质Bi、所述单质Se和所述化合物Bi2O3按照所述混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为1.9～2.1:1～1.1:2的比例进行配比。
3.根据权利要求1所述高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，其特征在于，所述单质Bi、所述单质Se和所述化合物Bi2O3按照所述混合物中元素Bi、元素Se和元素O的摩尔比为2:1:2的比例进行配比。
4.根据权利要求1所述高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，其特征在于，所述球磨处理的转速为350～550r/min。
5.根据权利要求1所述高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，其特征在于，所述放电等离子体烧结的温度为550～650℃，所述放电等离子体烧结的压强为40～80MPa，所述放电等离子体烧结的时间为3～10min。
6.根据权利要求1所述高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，其特征在于，所述高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法还包括以下步骤：将所述单质Bi、所述单质Se和所述化合物Bi2O3进行过筛和/或球磨处理，以使所述单质Bi的粉末粒径为50～100μm，所述单质Se的粉末粒径为50～100μm，所述化合物Bi2O3的粉末粒径为50～100μm。
7.根据权利要求1所述高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，其特征在于，所述将所述混合物进行球磨处理2～5h的步骤包括：将所述混合物和磨球装入球磨罐中，对所述球磨罐抽真空，再将所述球磨罐安装于球磨机上，进行球磨处理2～5h；
所述磨球与所述混合物的质量比为25:1～55:1。
8.根据权利要求1所述高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，其特征在于，所述将所述Bi2SeO2化合物粉末压实的步骤包括：将所述Bi2SeO2化合物粉末转移至石墨模具中，用石墨压头压实，得到Bi2SeO2块体。
9.根据权利要求1所述高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法，其特征在于，所述将所述Bi2SeO2块体进行放电等离子体烧结的步骤包括：将所述Bi2SeO2块体放入放电等离子体烧结炉中，在真空条件下烧结。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311549871.4A CN117651467A (zh) | 2023-11-16 | 2023-11-16 | 一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311549871.4A CN117651467A (zh) | 2023-11-16 | 2023-11-16 | 一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117651467A true CN117651467A (zh) | 2024-03-05 |
Family
ID=90045833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311549871.4A Pending CN117651467A (zh) | 2023-11-16 | 2023-11-16 | 一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117651467A (zh) |
-
2023
- 2023-11-16 CN CN202311549871.4A patent/CN117651467A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102031416B (zh) | 一种填充方钴矿基复合材料及其制备方法 | |
| CN109180180B (zh) | 一步无压烧结合成亚微米晶尺度压电陶瓷材料的制备方法 | |
| CN112028632A (zh) | 一种非化学计量比碲化铋基热电材料及其制备方法 | |
| Liu et al. | Ultrahigh electrical conductivities and low lattice thermal conductivities of La, Dy, and Nb Co-doped SrTiO3 thermoelectric materials with complex structures | |
| JP7137963B2 (ja) | 半導体焼結体、電気・電子部材、及び半導体焼結体の製造方法 | |
| US20220254976A1 (en) | Bismuth telluride-based thermoelectric nanocomposites with dispersed nano-sized silicon carbide based on the recycling of bismuth telluride processing scraps and preparation method thereof | |
| JP2006165125A (ja) | 熱電材料及びその製造方法 | |
| CN114735658A (zh) | 一种n型碲化铋基合金及制备方法 | |
| Zhu et al. | Enhanced average thermoelectric properties of n‑type Mg3Sb2 based materials by mixed-valence Ni doping | |
| CN113113531B (zh) | 一种高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法 | |
| Ioannou et al. | Low-cost preparation of highly-efficient thermoelectric BixSb2-xTe3 nanostructured powders via mechanical alloying | |
| CN117651467A (zh) | 一种高取向Bi2SeO2热电材料的制备方法 | |
| KR101375559B1 (ko) | 고망간실리사이드계 열전재료의 제조방법 및 그에 따라 제조된 고망간실리사이드계 열전재료 | |
| JP4123388B2 (ja) | 亜鉛アンチモン化合物焼結体 | |
| RU2681860C1 (ru) | Способ получения высокотемпературного термоэлектрического материала на основе кобальтита кальция | |
| KR20140036509A (ko) | 비스무트 텔루라이드계 열전재료의 제조방법 | |
| KR20110092762A (ko) | 기계적 합금화에 의한 Ｍｇ２Ｓｉ 열전재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 Ｍｇ２Ｓｉ 열전재료 | |
| EP3352234B1 (en) | Apparatus and method for enhancing figure of merit in composite thermoelectric materials with aerogel | |
| KR20120035793A (ko) | 마그네슘 실리사이드계 열전재료의 제조방법 | |
| KR102026517B1 (ko) | 열전성능이 향상된 망간-규소계 열전재료 및 이의 제조방법 | |
| JP3564541B2 (ja) | 亜鉛アンチモン化合物焼結体及びその製造法 | |
| CN111689512A (zh) | In掺杂的Cu-S基热电材料及其制备方法 | |
| JP3704556B2 (ja) | 亜鉛アンチモン化合物の製造法 | |
| CN114890791B (zh) | 锑化镁基热电材料及其制备方法和应用 | |
| KR102510171B1 (ko) | １３족 원소가 첨가된 파마티나이트 열전재료 및 이의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |