[发明专利]一种Bi2Te3/碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及Bi₂Te₃/碳纳米管复合材料的制备方法，属于半导体热电材料技术领域。

背景技术

热电材料(温差电材料)，是一种能够实现热能和电能之间直接相互转换的功能材料。其器件具有体积小、无噪音、无污染、无运动部件、免维护等突出优点。发展和推广温差电制冷和温差发电技术，对于我国乃至全世界的能源利用、经济发展和环境保护等都具有重要价值。

Bi₂Te₃化合物及其固溶体合金是研究最早，也是目前发展最为成熟的热电材料之一。表征热电性能的ZT值(热电优值)在0.8～1，目前大多数室温致冷元件均采用这类材料。碳纳米管具有一维、中空、纳米尺度等微结构特征，并具有特殊的物理、化学及电学行为是潜在的优异热电材料(Smalla J.P.；Shi L.；Kima P.Solid State Communications 2003，127，181；Hicks L.D.；Dresselhaus M.D.Phys.Rev.B 1993，47，12727)。碳纳米管承载纳米颗粒是一类新兴的复合材料，现被广泛应用在电池、光催化、化学传感器、生物医学等领域。但迄今为止没有被应用在热电材料领域的报道。

Bi₂Te₃与碳纳米管的复合，可以调节它们在形貌、微结构及热电性能的优势，成为一种优异的复合热电材料。但通常水热、溶剂热合成的纳米Bi₂Te₃所需时间较长，化学反应复杂，另外碳纳米管的加入将会使得反应体系更难于控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种简便、快速的制备Bi₂Te₃/碳纳米管复合材料的方法。

本发明的Bi₂Te₃/碳纳米管复合材料的制备方法，采用的是微波多元醇的合成工艺，步骤如下：

1)将含Bi元素的化合物及含Te元素的化合物或Te的单质分别溶解于乙二醇中，按照Bi₂Te₃化学成分所确定的Bi:Te的摩尔比为2:3，将上述含Bi和含Te的乙二醇溶液混合，搅拌均匀，得混合液；

2)将处理过的碳纳米管超声分散在乙二醇中，调节pH在11～14。

3)按碳纳米管与Bi₂Te₃的质量比为0.1:1～2:1，将步骤1)的混合液滴定到步骤2)的溶液中，在微波辐射状态下反应，反应温度为140-190℃，反应结束后离心分离、洗涤、收集固体产物，烘干。

本发明中，所说的含Bi元素的化合物是含Bi元素的氯化物、氧化物、硫酸盐、硝酸盐或碳酸盐。所说的含Te元素的化合物是含Te元素的氯化物、氧化物、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐或碳酸盐。

本发明中，所说的处理过的碳纳米管是指经过氧化剂纯化氧化处理后，再经过络合剂官能化处理的碳纳米管。(处理方法可参见：焦志辉，张孝彬，程继鹏，无机材料学报，Vol.23，No.3(2008))

本发明方法制得的Bi₂Te₃/碳纳米管复合材料，形态上主要为六方片状的Bi₂Te₃纳米颗粒粘附在碳纳米管表面。得到的Bi₂Te₃颗粒细小，在碳纳米管表面承载率高。当碳纳米管的直径较小时，Bi₂Te₃颗粒将进入碳纳米管的内部，形成“胶囊”状结构。

本发明的Bi₂Te₃/碳纳米管复合材料的制备方法，工艺简单、快速，制得的Bi₂Te₃/碳纳米管复合材料有望提高Bi₂Te₃基热电材料的热电性能，并可广泛应用于物理、化学、微电子、材料等领域。

附图说明

图1是Bi₂Te₃/碳纳米管复合材料的TEM图像；

图2是Bi₂Te₃/碳纳米管复合材料“胶囊”状结构的TEM图像。

具体实施方式

以下结合实施实例对本发明作进一步详细描述。

实施例1