1.一种碲化铋基热电材料的合成方法,其特征在于,其包括:
1)感应耦合辅助的区熔‑定向凝固竖直区熔方法以提高制备的碲化铋基热电材料下部的均匀度和产生提高晶核形成密度的驱动力分布;
2)氩气压力调制的固、液、汽体积比控制方法以提高制备的碲化铋基热电材料上部的均匀度;
所述的感应耦合辅助的区熔‑定向凝固竖直区熔方法是指在熔区下沿的加热体底部设置了直径略大于石英管外径、长度为3‑5厘米的感应线圈,在区熔‑定向凝固结晶初始阶段通过对石英管底部辅以感应加热以获得初始生长阶段底部晶体处于小温度梯度生长状态,温度梯度场设置是通过加热体的移动速度、加热温度和电感耦合辅助加热共同建立的;
所述的氩气压力调制的固、液、汽体积比控制方法是指在感应耦合辅助的区熔‑定向凝固竖直区熔至晶棒尾部阶段,启用氩气辅助调制晶棒尾部的液固温度梯度,通过氩气调节熔体质量传输和热传递快慢获得与晶体中部生长时一致的温度梯度和结晶前沿驱动力,其中,所述晶棒尾部是指上端的晶体生长前沿。
2.根据权利要求1所述的碲化铋基热电材料的合成方法,其特征在于,采用加热体底部的辅助的感应加热以有效减少初始生长时底部生长前沿面的温度梯度,控制非晶结构的出现和组分偏析以及获得生长前沿面的均匀成核并提高晶核密度;其中,获得生长前沿面的均匀成核并提高晶核密度的原理如下:由磁场产生电场的公式:
变化的磁场产生的电场为:
石英管中的导电基材的电流密度随半径而增大,获得更大的感应电流产生的更多的焦耳热j=σE,提高了垂直于生长方向平面的温度均匀性,产生更高的晶核面密度;
另外,通过辅助的感应加热的频繁开通和关断以产生快速成核的驱动力和抑制晶粒的快速长大,形成更高的纳米晶粒密度。
3.根据权利要求1所述的碲化铋基热电材料的合成方法,其特征在于,所述的晶核快速形成并提高晶核密度是指在按照预先建立的温度梯度方向进行定向凝固时,对处于过冷熔融液态区域采用电感耦合脉冲加热/停止切换控制以快速形成更高密度的晶核,直接可以在密闭的石英管中得到纳米晶粒镶嵌的多晶,其本质是对熔体质量传输和热传递进行快速微调获得更高密度的晶核,脉冲调制频率调节范围为400KHz到1000KHz。
4.根据权利要求1所述的碲化铋基热电材料的合成方法,其特征在于,所述的方法通过对晶体生长前沿温度梯度、过冷熔融液态温度和结晶前沿处固、液、汽三个聚集态的体积比调制控制晶体的成核和生长过程,获得了一种在室温附近温区ZT达1.2、沿晶体生长方向物性不均匀度≤5%的纳米晶粒镶嵌的碲化铋基棒状热电材料。