专利名称：中低温用热电材料的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种热电材料，尤其涉及一种热电性能良好的中低温用热电材料。
背景技术：
—般来说，热电转换技术包括热电冷却与热电发电等两种应用领域。热电冷却主 要利用了施加电流时热量会从热电转换材料的一侧移动到另一侧的珀尔帖效应，热电发电 主要利用了转换材料的两端出现温差时会产生电动势的塞贝克效应。热电冷却的开发侧重 在冷却效果而非能量利用，因此拓展了很多应用领域并进行了广泛的研究；但由于热电发 电以产生电气为主要对象，很难获得对现有发电方式的竞争力，也难以确保经济性与应用 领域等，因此对热电发电几乎没有进行研究。 热电材料作为上述热电发电材料及热电冷却材料，决定其热电性能的因素包括热 电动势(V)、塞贝克系数(Seebeck coeff. ) ( a )、珀尔帖系数(Ji)、汤姆逊系数(Thomson coefficient) ( t )、能斯特系数(Q)、埃廷斯豪森(ettingshausen)系数(P)、导电率(o )、 功率因数(PF)、性能指数(Z)、无因次性能指数(ZT = a2oT/k (T为绝对温度))、热导率 (k )、洛伦兹数(L)、电阻率(P )之类的物理性质。 其中，无因次性能指数(ZT)是决定热电能量转换效率的重要因素，利用性能指数 (Z= a2o/k)值较高的热电材料制作热电元件时，可以有效地提高冷却及发电效率。
因此，热电材料具有较高的塞贝克系数(a)与导电率时可以发挥出卓越性能，功 率因数(PF= a2o)较高时能得到更好的效果，如果热导率(k)较低则更好。塞贝克系 数(a)较高，导电率与热导率之比o/k (等于1/TL;主要适用于金属)较高也是较佳热 电材料的指标之一。 上述热电材料包括了以Bi为代表的金属热电材料和以Si为代表的半导体热电材 料。近来虽然广泛地使用塞贝克系数效应优于金属热电材料的半导体热电材料，但是在要 求较高稳定性的领域还是以金属热电材料作为主要材料。 上述金属热电材料的基本特性之一是基于低比电阻的低噪音。然而由于塞贝克系
数较低而降低了灵敏度。例如，Cu的塞贝克系数接近于O，因此无法利用温差产生电动势。
金属系物质中的Bi由于具备了低热导率和高塞贝克系数而作为热电材料使用。现有金属热电材料主要包括Bi-Ag、铜-康铜合金(Cu-Constantan) 、Bi-Bi/Sn合
金及BiTe/BiSbTe等。和其它金属物质相比，上述金属热电材料的热导率较低、塞贝克系数
较高，但比电阻较高，因此应用在热传感器等领域时灵敏度较低并产生很多噪音。 现有热电材料主要用于低温区(100 °C以下)，其热电性能进入中温区
(IO(TC _300°C )时会减弱。
发明内容
本发明的目的是提供一种热电性能良好的热电材料，本发明的热电性能良好的中 低温用热电材料是通过把La、Sc及稀土金属混合物(misch metal，匪)中的任意一种或两种以上物质的混合物混入金属热电材料或半导体热电材料后而制得的中低温用热电材料。
为了实现上述目的，本发明提供一种通过在含Ag的金属热电材料或半导体热电 材料里加入由La、 Sc及匪中的任意一种或两种以上物质混合而成的混合物而制得的中低 温用热电材料。 优选地，上述金属热电材料是硫属元素系Bi或Pb化合物；更优选地，上述硫属元 素系金属化合物热电材料里另外还含有Fe、 Cu、 Ni、 Al、 Au、 Pt、 Cr、 Zn及Sn中任意一种或 两种以上金属混合而成的金属。 优选地，上述半导体热电材料为Si系热电材料。 具有上述结构的本发明的中低温用热电材料整体上具有低热扩散系数、高塞贝克 系数、低比电阻、高功率因数及低热导率，因此普遍具有较高的无因次性能指数。上述特性 保证了本发明的热电材料具有非常适合作为热电材料的物理性质，不仅可以制备高灵敏度 的低噪音热电传感器等产品，而且由于在中温区具有良好的热电性能而得以作为中低温用 热电发电材料并获得广泛的使用。
图1是本发明实施例的热扩散系数图； 图2是本发明实施例的塞贝克系数图； 图3是本发明实施例的比电阻图； 图4是本发明实施例的功率因数图； 图5是本发明实施例的热导率图； 图6是本发明实施例的无因次性能指数图。
具体实施例方式
本发明涉及一种适用于热电冷却及热电发电用途的热电元件的中低温用热电材 料，该中低温用热电材料是一种在金属热电材料或半导体热电材料里加入特定成分后形成 的可适用于中低温区的中低温用热电材料。上述"中低温用"表示不仅在IO(TC以下的低温 区表现出优异的热电性能，还能在IO(TC _3001:左右的中温区表现出优异的热电性能。
上述金属热电材料在作为硫属元素系Bi或Pb化合物等众所公知的热电材料上加 入6(VI b)族元素，在BiJe3、PbTe或Bi2Te3、PbTe等物质里加入半金属物质Sb等，上述半 导体热电材料是Si系的Si-Ge热电材料等。在上述热电材料里加入Ag时可提高热电材料 的热电性能。而且在上述硫属元素系金属化合物热电材料里加入Fe、Cu、Ni、Al、Au、Pt、Cr、 Zn及Sn中的任意一种或两种以上金属混合而成的金属时可以进一步地提高热电性能。
下面以上述金属热电材料之一的BiSbTe系热电材料作为本发明优选实施例进行 详细说明。 本发明的BiSbTe系热电材料是通过先制作(Bi。.25Sb。. 75) 2 (IVXAX) 3_Ag合金，在 900-100(TC的温度下对上述合金进行9-12小时的熔融处理后，在280-32(TC的温度下进行 5-7小时的煅烧处理，然后在350-45(TC的温度下以180-220MPa的压力进行20-40分钟的 热冲工序，再进行线切割后制成的。其中，A是La、 Sc或匪或者是其中两种物质混合的混 合物。
更具体地说，上述(Bi。.25Sb。. 75) 2 (Te卜XAX) 3_Ag合金的制备方法为，把构成 (Bi。.25Sb。.75)2(Tei—,Al中各元素的氧化物加以粉碎后利用其粉末进行合成后再加入Ag，或 者直接把(Bi。.25Sb。.75)2(Tei—人)fAg合金中的各元素粉末以适当的重量比加以混合制备。 其中，A是La与Sc混合物，Ag的量占所述合金总重量的0. 5重量X，La的量占所述合金总 重量的0. 05重量％， Sc的量占所述合金总重量的0. 1重量％。 将制得的(Bi。.25Sb。.75) 2 (Te卜x (La， Sc)x) 3_Ag合金投入石英坩埚等后，在960°C的温 度(升温速率为每分钟10°C )下进行10小时的熔融过程，然后自然冷却。随后，在上述状 态下在30(TC的温度(升温速率为每分钟10°C )下进行6小时的煅烧处理，再进行自然冷 却。然后，在40(TC的温度(每分钟上升10°C )下以200MPa的压力进行30分钟的热冲过 程后自然冷却，之后利用线切割机切割成所需要的形状即可制成热电材料。
下面是上述热电材料((Bi。. 25Sb。. 75) 2 (Tei—X (La， Sc) x) 3_Ag (La的量为0. 05重量％ ， Sc的量为0. 2重量％， Ag的量为0. 5重量％ ))的性能实验数据。制备(Bi。.25Sb。.75)2Te3、 (Bi。.25Sb。.75)2Te3-Ag(Ag的量为0. 5重量％ )作为比较例进行实验，特性评估项目为热扩 散系数、塞贝克系数、比电阻(SpecificResistivity)、功率因数、热导率、无因次性能指数 (ZT)。 首先针对上述比较例与本发明的热电材料的热扩散系数的特性进行了评估，与比 较例(Bi。^Sb。.JJe3不同的是，本发明的热电材料的热扩散系数如图l所示会随着温度而 下降，并且在中温区表现出优异的热电性能。 与比较例(Bi。^Sb。.JJe3相比，如图2所示，本发明的热电材料大体在整个温度 区上都具有非常低的塞贝克系数值；如图3所示，本发明的热电材料在整个温度区具有较 低的比电阻值。 与比较例(Bi。^Sb。.JJe3相比，如图4所示，本发明的热电材料的功率因数整体 上具有较高的值，在中温区则更高；与比较例(Bi。^Sb。.JJe3不同的是，本发明的热电材 料的热导率如图5所示会随着温度而下降，尤其是在中温区的值低于比较例。
与比较例(81。.2>。.75)21^3相比，基于上述数据，本发明的热电材料的无因次性能 指数(ZT)如图6所示在中温区整体上具有较高的值。 整体来说，本发明热电材料在所有的温度区或中温区具有低热扩散系数、高塞贝 克系数、低比电阻、高功率因数及低热导率，因此普遍具有较高的无因次性能指数。上述特 性保证了本发明热电材料具有非常适合作为热电材料的物理性质，不仅可以制作出高灵敏 度的低噪音热电传感器等产品，而且由于在中温区具有良好的热电性能而得以作为中低温 用热电发电材料并获得广泛的使用。
权利要求
一种中低温用热电材料，其特征在于该中低温用热电材料是通过把La、Sc及稀土金属混合物中的任意一种或两种以上物质的混合物混入含Ag的金属热电材料或半导体热电材料中而制得的。
2. 根据权利要求1所述的中低温用热电材料，其特征在于 所述金属热电材料为硫属元素系金属化合物热电材料。
3. 根据权利要求2所述的中低温用热电材料，其特征在于所述硫属元素系金属化合物热电材料为硫属元素系Bi化合物热电材料或硫属元素系 Pb化合物热电材料。
4. 根据权利要求3所述的中低温用热电材料，其特征在于所述硫属元素系金属化合物热电材料另外还含有Fe、Cu、Ni、Al、Au、Pt、Cr、Zn及Sn中 任意一种或两种以上的金属混合而成的金属。
5. 根据权利要求1所述的中低温用热电材料，其特征在于 所述半导体热电材料为Si系热电材料。
全文摘要
本发明涉及一种热电材料，特别是一种中低温用热电材料，该中低温用热电材料是通过把La、Sc及稀土金属混合物中的任意一种或两种以上物质的混合物混入含Ag的金属热电材料或半导体热电材料中而制得的。上述中低温用热电材料整体上具有低热扩散系数、高塞贝克系数、低比电阻、高功率因数及低热导率等特性，因此其无因次性能指数普遍较高，从而其物理性质非常适于用作热电材料，因而可以利用该材料制作高灵敏度的低噪音热电传感器等产品；由于该材料可以在中低温时表现出良好的热电性能，因此还能广泛地作为中低温用热电材料使用。
文档编号H01L35/16GK101740713SQ200810189240
公开日2010年6月16日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年11月13日
发明者吴旻旭, 朴秀东, 李熙雄, 金峯瑞 申请人:韩国电气研究院