專利名稱：自組裝熱電材料的制作方法
自組裝熱電材料本發(fā)明涉及通過(guò)自組裝生產(chǎn)具有多相結(jié)構(gòu)的熱電材料的方法，可通過(guò)所述方法獲得的熱電材料，包含它們的熱電發(fā)生器或珀?duì)栙N(Peltier)裝置，以及其用途。熱電發(fā)生器和珀?duì)栙N裝置本身已經(jīng)已知一段時(shí)間。在一側(cè)加熱并在另一側(cè)冷卻的 P-和Π-摻雜半導(dǎo)體通過(guò)外電路輸送電荷，且電功可通過(guò)電路中的負(fù)荷進(jìn)行。在該方法中獲得的熱到電能的轉(zhuǎn)換效率在熱力學(xué)上受到Carnot效率的限制。因此，在“熱”的一側(cè)1000Κ 的溫度和在“冷”的一側(cè)400Κ的溫度下，(1000-400) 1000 = 60%的效率將是可能的。然而，迄今為止僅獲得了至多6%的效率。另一方面，當(dāng)將直流電施用在這種裝置上時(shí)，熱被從一側(cè)傳遞到另一側(cè)。這種珀?duì)栙N裝置起到熱泵的作用并因此適于冷卻儀器部件、車輛或建筑物。與常規(guī)加熱相比，借助珀?duì)栙N原理的加熱也更有利，這是因?yàn)橄鄬?duì)于等量提供的能量，借助珀?duì)栙N原理的加熱總是傳遞更多的熱。對(duì)效果和材料的良好概述例如由MRS Bulletin Harvesting Energy through Thermoelectrics :Power Generation and Cooling,第 31 (3)期，2006 給出。目前，熱電發(fā)生器例如在航天探測(cè)器中用于產(chǎn)生直流電，用于管線的陰極防腐，燈光浮標(biāo)和無(wú)線電浮標(biāo)的能量供應(yīng)以及操作無(wú)線電和電視。熱電發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)在于其極端可靠性。它們例如不管天氣條件如天氣潮濕而工作；不存在易故障的傳質(zhì)，而僅存在電荷傳遞。可使用從氫氣到天然氣、汽油、煤油、柴油燃料到生物上獲得的燃料如菜籽油甲酯的任何燃料。因此，熱電能量轉(zhuǎn)換在彈性上非常適合未來(lái)要求，如氫氣經(jīng)濟(jì)或由可再生能源產(chǎn)生能量。特別有吸引力的應(yīng)用為將(廢)熱轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)車輛、加熱體系或發(fā)電廠中的電能的用途。迄今為止不能利用的熱能現(xiàn)在甚至可通過(guò)熱電發(fā)生器而至少部分回收，但現(xiàn)有技術(shù)獲得顯著低于10%的效率，且因此仍舊損失了大部分能量且未加利用。在廢熱的利用中， 因此還存在對(duì)顯著較高效率的驅(qū)動(dòng)力。將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芤彩欠浅Ｓ形Φ摹＜衅魅鐠佄锞€槽可將太陽(yáng)能集中在熱電發(fā)生器中，這樣產(chǎn)生電能。然而，就作為熱泵的用途而言，還需要較高的效率。熱電活性材料基本上參考其效率評(píng)價(jià)。就此而言，熱電材料的特征為已知的Z因數(shù)(品質(zhì)因數(shù))
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)具有多相結(jié)構(gòu)的熱電材料的方法，其中通過(guò)自組裝，使特征長(zhǎng)度不超過(guò) 10 μ m的第一相的顆粒在第二相中均勻分散地存在，所述方法包括將至少二元熱電材料與并非所述至少二元熱電材料的組分的金屬，或所述金屬的硫?qū)倩镆黄鹑廴?，并在混合之后冷卻或借助反應(yīng)性研磨而結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述熱電材料和金屬具有通式(I) (AivBvi)1^xMex(I)其中Aiv為S i、Ge、Sn、Pb或其組合， Bvi為S、Se、Te或其組合，Me 為 Ta、Nb、Mo、W、Ni、Pd、Pt、Au、Ag、Cu、Ti、Zr、Hf、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Os、Co、他、Ir、 In、fei、Al、Zn、Cd、Tl 或其組合， Ippm < χ < 0. 8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述熱電材料和金屬具有通式(II) (Cv2Bvi3) ^xMex(II)其中Cv為P、As、Sb、Bi或其組合，Bvi為S、Se、Te或其組合，Me 為 Ta、Nb、Mo、W、Ni、Pd、Pt、Au、Ag、Cu、Ti、Zr、Hf、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Os、Co、他、Ir、 In、fei、Al、Zn、Cd、Tl 或其組合， Ippm < χ < 0. 8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述熱電材料和金屬硫?qū)倩锞哂型ㄊ?III) (AivBvi)1^x(MeBvib)x(III)其中Aiv為S i、Ge、Sn、Pb或其組合， Bvi為S、Se、Te或其組合，Me 為 Ta、Nb、Mo、W、Ni、Pd、Pt、Au、Ag、Cu、Ti、Zr、Hf、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Os、Co、他、Ir、 In、fei、Al、Zn、Cd、Tl 或其組合， Ippm < χ < 0. 8,且 0 < b < 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述熱電材料和金屬硫?qū)倩锞哂型ㄊ?IV) (Cv2Bvi3)1^x(MeBvib)x(IV)其中Cv為P、As、Sb、Bi或其組合，Bvi為S、Se、Te或其組合，Me 為 Ta、Nb、Mo、W、Ni、Pd、Pt、Au、Ag、Cu、Ti、Zr、Hf、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Os、Co、他、Ir、 In、fei、Al、Zn、Cd、Tl 或其組合， Ippm < χ < 0. 8,且 0 < b < 3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一相的顆粒具有不超過(guò)1μ m的特征長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述第一相的顆粒具有不超過(guò)0.1 μ m的特征長(zhǎng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中所述第一相的金屬或金屬硫?qū)倩锏谋壤谡麄€(gè)熱電材料為5-60原子％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的方法，其中所述整個(gè)熱電材料不含銀。
10.一種可通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法獲得的熱電材料。
11.一種包含根據(jù)權(quán)利要求10的熱電材料的熱電發(fā)生器或珀?duì)栙N裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的熱電發(fā)生器或珀?duì)栙N裝置作為熱泵，在座椅家具、車輛和建筑物的氣候控制中，在冰箱和(洗衣)干燥機(jī)中，在物質(zhì)分離方法中同時(shí)加熱和冷卻料流中， 作為利用熱源的發(fā)生器或在冷卻電子元件中的用途。
13.一種熱泵、冷卻器、冰箱、(洗衣)干燥機(jī)、利用熱源的發(fā)生器、將熱能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)生器，其包含至少一種根據(jù)權(quán)利要求11的熱電發(fā)生器或珀?duì)栙N裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)具有多相結(jié)構(gòu)的熱電材料的方法，其中通過(guò)自組裝，使最大特征長(zhǎng)度為10μm的第一相的顆粒均勻分散在第二相中，該方法包括將至少二元熱電材料與并非所述至少二元熱電材料的組分的金屬，或所述金屬的硫?qū)倩镆黄鹑廴冢⒃诨旌现罄鋮s或通過(guò)反應(yīng)性研磨而結(jié)合。
文檔編號(hào)C01B17/20GK102414121SQ201080017881
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者F·哈斯, J·D·科尼格 申請(qǐng)人:巴斯夫歐洲公司