專利名稱：：稀土摻雜Mg₂Si_0.6Sn_0.4基熱電材料的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及熱電材料，尤其是涉及一種稀土摻雜Mg2Sio.6Sno.4基熱電材料。
背景技術：
：熱電材料是一種通過載流子(電子或空穴)的運動實現(xiàn)電能和熱能直接相互轉換的半導體材料。當熱電材料兩端存在溫差時，熱電材料能將熱能轉化為電能輸出；或反之在熱電材料中通以電流時，熱電材料能將電能轉化為熱能，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用背景。用熱電材料制造的發(fā)電裝置可作為深層空間航天器、野外作業(yè)、海洋燈塔、游牧人群使用的電源，或用于工業(yè)余熱、廢熱發(fā)電。用熱電材料制造的制冷裝置體積小、不需要化學介質，可應用于小型冷藏箱、計算機芯片和激光探測器等的局部冷卻、醫(yī)用便攜式超低溫冰箱等方面，更廣泛的潛在應用領域將包括家用冰箱、冷卻，車用或家用空調裝置等。用熱電材料制造的裝置具有無機械運動部件、無噪聲、無磨損、結構簡單、體積形狀可按需要設計等突出優(yōu)點。熱電材料的性能用"熱電優(yōu)值"Z表征Z=(^Or/"。這里"是材料的熱電勢系數(shù)，a^電導率，K是熱導率。Mg2Si和Mg2(Si,Sn)固溶體熱電材料具有原料豐富，價格低廉，無毒無污染的特點，但其熱電性能仍有待于進一步提高。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種稀土摻雜Mg2Sio.6Sno.4基熱電材料，通過稀土摻雜，提高載流子濃度，從而提高Mg2Si。.6Sno.4基熱電材料的Z值。本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案如下在Mg2Sio.6Sno.4熱電材料中摻入稀土元素，得到Mg2.xSio.6Sno.4REx的塊狀熱電材料，其中RE表示稀土元素，x=0.0020.01。所述的摻入稀土元素為輕稀土元素或重稀土元素。所述的輕稀土為La、Ce、Pr、Nd、Sm或Gd。所述的重稀土為Dy、Er或Yb。本發(fā)明的材料采用Ar氣氛下感應熔煉后真空熱壓的方法制備而成。具體操作步驟如下:.將原料按化學劑量比Mg2.xSio.6Sno.4REx計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500°C退火150h，然后將材料機械球磨后，在700。C，80MPa下真空熱壓2h。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明稀土摻雜的Mg2Si。.6SnQ.4基熱電材料的熱電性能優(yōu)于現(xiàn)有的Mg2Sio.6Sno.4熱電材料。其機理是稀土元素具有和堿土金屬類似的性質，當稀土元素加入后，容易取代Mg位，作為施主摻雜，提高載流子濃度，從而提高材料的熱電性能。具體實施例方式以下結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細闡述。實施例l將原料(純鎂、純硅、純錫和純鑭)按化學劑量比MgL998Si。.6Sn。.4La,2計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500。C退火150h。然后將材料球磨過38.5ium(400目)后，在700°C，80MPa下真空熱壓2h，得到La慘雜的MgL998Sio.6Sno.4Lao.oo2塊狀樣品。實施例2將原料(純鎂、純硅、純錫和純鑭)按化學劑量比MgL995Sio.6Sno.4La,5計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500。C退火150h。然后將材料球磨過38.5|um(400目)后，在700°C，80MPa下真空熱壓2h，得到La摻雜的MgL995Sio.6Sno.4Lao德塊狀樣品。實施例3將原料(純鎂、純硅、純錫和純鑭)按化學劑量比MgL99Sio.6Sno.4Lao.cn計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500。C退火150h。然后將材料球磨過38.5|im(400目)后，在700°C，80MPa下真空熱壓2h，得到La摻雜的Mg，Sio.6Sno.4Lao.(n塊狀樣品。實施例4將原料(純鎂、純硅、純錫和純鈰)按化學劑量比Mgl.998Si。.6Sn。.4Ce0.002計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500。C退火150h。然后將材料球磨過38.5pm(400目)后，在700。C，80MPa下真空熱壓2h，得到Ce摻雜的MgL998Sio.6Sno.4Ce。.。。2塊狀樣品。實施例5將原料(純鎂、純硅、純錫和純鐠)按化學劑量比MgL99Sio.6Sn。.4Pr。.(n計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500°C退火150h。然后將材料球磨過38.5|Lim(400目)后，在700°C，80MPa下真空熱壓2h，得到Pr摻雜的Mg，Sio.6Sno.4Pro.(M塊狀樣品。實施例6將原料(純鎂、純硅、純錫和純釹)按化學劑量比MgL柳Sio.6Sno.4Nd謹2計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500。C退火150h。然后將材料球磨過38.5iam(400目)后，在700°C，80MPa下真空熱壓2h，得到Nd摻雜的MgL998Sio.6Sno.4Ndo.oo2塊狀樣品。實施例7將原料(純鎂、純硅、純錫和純釤)按化學劑量比MgL99sSi().6Sn().4Sm謹5計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500。C退火150h。然后將材料球磨過38.5|nm(400目)后，在700。C，80MPa下真空熱壓2h，得到Sm摻雜的MgL995Sio.6Sno.4Smo.005塊狀樣品。實施例8將原料(純鎂、純硅、純錫和純釓)按化學劑量比MgL998Si。.6Sn。.4Gd謹2計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500。C退火150h。然后將材料球磨過38.5fim(400目)后，在700°C，80MPa下真空熱壓2h,得到Gd摻雜的MgL998Sio.6Sno.4Gdo.oo2塊狀樣品。實施例9將原料(純鎂、純硅、純錫和純鏑)按化學劑量比MgL995Si。.6Sno.4:Dy謹5計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500。C退火150h。然后將材料球磨過38.5(im(400目)后，在700。C，80MPa下真空熱壓2h，得到Dy摻雜的MgL995Sio.6Sno.4Dyo.005塊狀樣品。實施例10將原料(純鎂、純硅、純錫和純鉺)按化學劑量比MgL99Sio.6Sno.4Ero.cn計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500。C退火150h。然后將材料球磨過38.5fim(400目)后，在700。C，80MPa下真空熱壓2h，得到Er摻雜的MgL99Sio.6Sno.4Era(M塊狀樣品。實施例11將原料(純鎂、純硅、純錫和純鐿)按化學劑量比Mg，5Sio.6Sno.4Yb謹5計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500。C退火150h。然后將材料球磨過38.5)am(400目)后，在700。C，80MPa下真空熱壓2h，得到Yb摻雜的MgL995Sio.6Sno.4Ybo.(K)5塊狀樣品。對比例將原料(純鎂、純硅和純錫)按化學劑量比Mg2Sio.6Sno.4計算稱量后，在Ar氣保護下感應熔煉，冷卻后在真空下500°C退火150h。然后將材料球磨過38.5,(400目)后，在700。C，80MPa下真空熱壓2h，得到Mg2Si。.6Sna4塊狀樣1=1口Fto以上所述的純鎂、純硅、純錫和純稀土(鑭、鈰、鐠、釹、釤、軋、鏑、鉺、鐿)，均為99.9%以上。性能檢測材料的熱導率K根據(jù)采用NetzschLFA-457型激光脈沖熱分析儀測量的熱擴散系數(shù)、采用NetzschDSC-404型差分比熱儀測量的比熱以及材料的密度計算得到。材料的熱電勢系數(shù)a采用Agilent34970A數(shù)據(jù)采集儀測量給定溫差試樣兩端電勢差計算得到，材料的電導率魂用四電極法測量。材料的熱電優(yōu)值Z根據(jù)上述測量值按Z=(Wo"/f)計算得到。熱電性能測量結果列表:<table>complextableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權利要求1.一種稀土摻雜Mg2Si0.6Sn0.4基熱電材料，其特征在于材料的化學組成為Mg2-xSi0.6Sn0.4REx，其中RE表示稀土元素，x＝0.002～0.01。2.根據(jù)權利要求1所述的一種稀土摻雜Mg2Sio.6Sno.4基熱電材料，其特征在于所述的摻入稀土元素為輕稀土元素或重稀土元素。3.根據(jù)權利要求2所述的一種稀土摻雜Mg2Sio.6Sno.4基熱電材料，其特征在于所述的輕稀土為La、Ce、Pr、Nd、Sm或Gd。4.根據(jù)權利要求2所述的一種稀土摻雜Mg2Sio.6Sn。.4基熱電材料，其特征在于所述的重稀土為Dy、Er或Yb。全文摘要本發(fā)明公開了一種稀土摻雜Mg₂Si_0.6Sn_0.4基熱電材料。是利用稀土進行摻雜來提高材料的熱電性能。在熔煉時直接加入稀土，然后將熔煉好的材料機械球磨后熱壓，得到Mg_2-xSi_0.6Sn_0.4RE_x的塊狀熱電材料，其中RE表示稀土元素，x＝0.002～0.01。本發(fā)明的稀土摻雜的Mg₂Si_0.6Sn_0.4基熱電材料的熱電性能優(yōu)于未摻雜的Mg₂Si_0.6Sn_0.4熱電材料，摻雜的稀土元素包括重稀土和輕稀土，其機理是稀土元素具有和堿土金屬類似的性質，當稀土元素加入后，容易取代Mg位，作為施主摻雜，提高載流子濃度，從而提高材料的熱電性能。文檔編號H01L35/12GK101197419SQ20071019432公開日2008年6月11日申請日期2007年12月13日優(yōu)先權日2007年12月13日發(fā)明者倩張,朱鐵軍,浩殷,趙新兵申請人:浙江大學