[发明专利]一种提升Te基热电接头性能的方法

说明书

本发明一种提升Te基热电接头性能的方法，属热电器件制备和连接件技术领域，其特征在于在热电材料和电极材料之间引入合适的化合物作为阻隔层，构建热电接头浓度梯度结构，解决二者连接过程中元素的严重扩散导致的热电接头性能削弱的问题，实现热电接头性能提升和服役寿命提高的目的。通过在Fe和Te之间引入原子百分比在0x/y1.5范围内的铁碲合金Fesubgt;x/subgt;Tesubgt;y/subgt;作为阻隔层，采用放电等离子烧结方法(SPS)制备了Te\Fesubgt;x/subgt;Tesubgt;y/subgt;\Fe梯度连接结构，在外加电场和压力场的耦合作用下，在实现材料致密化的同时，同步实现阻隔层与二者之间的扩散反应而形成连接。通过引入阻隔层控制热电材料和电极材料中的元素平衡，解决热电接头界面两侧原子的过度扩散问题，提升接头性能，提高界面稳定性。

技术领域

本发明一种提升Te基热电接头性能的方法属于热电器件制备和连接件技术领域，具体涉及一种提升Te基热电接头性能的方法。通过在Te基热电材料和电极之间引入合适的化合物作为阻隔层，构成梯度连接结构，这种方法有效抑制了热电材料和电极材料之间过度的元素扩散，从而实现Te基热电接头的性能大大提升。

背景技术

Te基热电材料以其优异的热电性能得到科研工作者的广泛关注，但该领域关于器件制备和连接界面的研究尚属空白。在Te基热电材料和电极的连接过程中，温度和化学势梯度的共同作用促使原子沿垂直于界面方向进行定向输运，严重影响了热电材料和电极材料的热电输运性能，导致接头热电转换效率降低。

发明内容

本发明一种提升Te基热电接头性能的方法，目的在于通过引入符合性能要求的化合物作为阻隔层，减小热电材料和电极材料两侧元素的浓度梯度，进而抑制在材料合成和同步扩散连接过程中元素的过度扩散对热电材料以及电极材料性能的影响，从而达到提升热电接头的性能的目的。

本发明由如下技术方案实现的：一种提升Te基热电接头性能的方法，其特征在于是一种以本征Te作为热电材料，Fe和原子百分比在0x/y1.5范围内的铁碲合金Fe_xTe_y分别为电极和阻隔层，采用放电等离子烧结方法(SPS)制备了Te\Fe_xTe_y\Fe梯度连接结构，在外加电场和压力场的耦合作用下，在实现材料致密化的同时，同步实现三者之间的扩散反应而形成连接的方法；具体步骤如下：

(1)原料准备：将纯度≥99.99％的块体Te手工研磨作为粉体1；将颗粒度小于50μm，纯度≥99.9％的Fe粉作为粉体2；将粉体1和粉体2按照化学计量比称量并充分混合后得到原子百分比在0x/y1.5范围内的Fe_xTe_y的粉体3；

(2)粉体装入模具：将粉体1装入石墨模具中，冷压至50-60％致密度；再将粉体3置于粉体1上方，同样冷压至50-60％致密度；最后将粉体2置于粉体3上方，再次冷压至50-60％致密度备用；

(3)烧结连接：将装有粉体的石墨模具放入热压炉中进行烧结连接，首先预压2.5-5MPa，待炉中真空度抽到高于20Pa后，充入99.999％的氩气至0.05MPa，再通入脉冲电流以50-100℃/min的加热速率匀速升温，粉体升温至350℃保温2-5min，同时将压力提升至40-60MPa；保温结束后，将烧结温度升至400-420℃，保温15-20min；然后以10-15℃/min的速率均匀降温至300℃，随后卸压冷却，形成热电接头。

本发明一种提升Te基热电接头性能的方法，其优点在于：在Te基热电材料和电极材料Fe之间引入原子百分比在0x/y1.5范围内的铁碲合金Fe_xTe_y作为阻隔层，制备了Te\Fe_xTe_y\Fe梯度连接结构，解决了热电材料和电极材料在扩散连接过程中元素的过度扩散，大幅度提升了热电接头的性能和服役寿命。

附图说明