專利名稱：含彌散分布氮化物顆粒的p－型β－FeSi的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱電材料。
背景技術(shù)：
熱電材料是一種通過載流子(電子或空穴)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電能和熱能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料。熱電材料兩端存在溫差時(shí)，熱電材料能將熱能轉(zhuǎn)化為電能輸出；或反之在熱電材料中通以電流時(shí)，熱電材料能將電能轉(zhuǎn)化為熱能，一端放熱而另一端吸熱。熱電材料在制冷或發(fā)電等方面有廣泛的應(yīng)用前景。用熱電材料制造的發(fā)電裝置除了可為深層空間航天器、野外作業(yè)、海洋燈塔、游牧人群提供小型可移動(dòng)電源以外，在工業(yè)上主要用于余熱、廢熱發(fā)電。用熱電材料制造的溫差發(fā)電裝置具有無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件、無噪聲、無磨損、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積形狀可按需要設(shè)計(jì)、對(duì)熱源性質(zhì)要求低等突出優(yōu)點(diǎn)。用熱電材料制造的制冷裝置體積小、不需要化學(xué)介質(zhì)，同時(shí)也具有與上述發(fā)電裝置相同的優(yōu)點(diǎn)。目前已被應(yīng)用在小型便攜式冷藏箱、計(jì)算機(jī)芯片冷卻器、激光探測(cè)器局部冷卻、醫(yī)用便攜式超低溫冰箱等方面，更廣泛的潛在應(yīng)用領(lǐng)域?qū)矣帽洹⒗涔瘢囉没蚣矣每照{(diào)裝置等。
熱電材料的性能用“熱電優(yōu)值”Z表征Z＝(α2σ/κ)。這里α是材料的熱電勢(shì)系數(shù)，σ是電導(dǎo)率，κ是熱導(dǎo)率?，F(xiàn)有的β-FeSi2基熱電材料(包括Mn摻雜或/和Al摻雜，F(xiàn)e、Si原子含量比為1∶1.9～2.5)具有較高的熱電動(dòng)勢(shì)率，原料豐富，價(jià)格低廉，抗氧化性能好等優(yōu)點(diǎn)，但過高的熱導(dǎo)率影響了β-FeSi2基熱電材料的性能。加強(qiáng)聲子傳導(dǎo)散射，降低聲子熱導(dǎo)率，是進(jìn)一步提高β-FeSi2基熱電材料性能的主要手段。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種含彌散分布氮化物顆粒的p-型β-FeSi2基熱電材料，以加強(qiáng)對(duì)聲子熱傳導(dǎo)的阻礙，降低材料的熱導(dǎo)率，提高β-FeSi2基熱電材料的Z值。
本發(fā)明的含彌散分布氮化物顆粒的p-型β-FeSi2基熱電材料，包括Mn摻雜或/和Al摻雜，F(xiàn)e、Si原子含量比為1∶1.9～2.5，其特征是該材料中含有彌散分布的氮化物顆粒，氮化物顆粒的質(zhì)量含量為0.5～2％。
上述的氮化物顆?？梢允堑?、氮化硅等非金屬氮化物，也可以是氮化鋁、氮化鐵等金屬氮化物。氮化物顆粒尺寸在200納米以下，氮化物顆粒在β-FeSi2基熱電材料中的分布間距，一般在0.5～2微米。
本發(fā)明材料可采用熔煉凝固、冷壓粉末燒結(jié)、熱壓粉末燒結(jié)等傳統(tǒng)方法制備，并經(jīng)退火以完成β相轉(zhuǎn)變。
本發(fā)明的含彌散分布氮化物顆粒的p-型β-FeSi2熱電材料性能優(yōu)于現(xiàn)有的β-FeSi2基熱電材料，其熱導(dǎo)率低，熱電性能高。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的含彌散分布氮化物顆粒的p-型β-FeSi2基熱電材料，采用950～975℃真空熱壓方法燒結(jié)，然后經(jīng)800℃真空退火20小時(shí)完成β相轉(zhuǎn)變。實(shí)施例與相對(duì)應(yīng)的對(duì)比例的基體材料成分和制備工藝參數(shù)完全相同。
材料的熱導(dǎo)率κ根據(jù)采用Netzsch LFA-427型激光脈沖熱分析儀測(cè)量的熱擴(kuò)散系數(shù)、采用DSC-404型差分比熱儀測(cè)量的比熱以及材料的密度計(jì)算得到。材料的熱電勢(shì)系數(shù)α采用Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集儀測(cè)量給定溫差試樣兩端電勢(shì)差計(jì)算得到，材料的電導(dǎo)率σ采用四電極法測(cè)量。材料的熱電優(yōu)值Z根據(jù)上述測(cè)量值計(jì)算得到。表1給出了實(shí)施例以及相應(yīng)對(duì)比例在600℃時(shí)的熱導(dǎo)率κ和熱電優(yōu)值Z數(shù)據(jù)。
表1
權(quán)利要求
1.含彌散分布氮化物顆粒的p-型β-FeSi2基熱電材料，包括Mn摻雜或/和Al摻雜，F(xiàn)e、Si原子含量比為1∶1.9～2.5，其特征是該材料中含有彌散分布的氮化物顆粒，氮化物顆粒的質(zhì)量含量為0.5～2％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含彌散分布氮化物顆粒的p-型β-FeSi2基熱電材料，其特征是所說的氮化物顆粒是氮化硼、氮化硅非金屬氮化物及氮化鋁、氮化鐵金屬氮化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的含彌散分布氮化物顆粒的p-型β-FeSi2基熱電材料，其特征是所說的氮化物顆粒尺寸在200納米以下，分布間距為0.5～2微米。
全文摘要
本發(fā)明的含彌散分布氮化物顆粒的p－型β－FeSi
文檔編號(hào)C04B35/58GK1438202SQ0311566
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2003年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月4日
發(fā)明者趙新兵, 蘆玉峰, 曹高劭, 李偉文, 鄔震泰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)