[发明专利]纳米复合热电材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，更具体地说，涉及一种纳米复合热电材料的制备方法。

背景技术

在能源及环境问题日益突出的今天，热电材料作为一种能实现热能和电能直接转换的材料，与太阳能材料一起作为石油等传统能源的替代能源，成为各国争先研究的焦点。热电转化效率是衡量热电材料性能的关键参数，其主要取决于热电材料的热电优值ZT，ZT＝S²σT/κ，其中，S为塞贝克系数，σ为电导率，κ为热导率，T为绝对温度。为了使热电材料具有较高的热电性能，需要使热电材料同时具有高的塞贝克系数、高的电导率和低的热导率。由于塞贝克系数，电导率和热导率之间是相互关联的，因此，如何实现三个参数的协同调控以获得最佳的ZT值成为研究热电材料的关键。

纳米复合热电材料是一类新型功能材料，从理论上来讲，其利用量子限域效应增加电导率(σ)、通过界面效应降低热导率(κ)，从而提高热电优值，进而提高热点转换效率。具体而言，在热电材料中，电导率受电子平均自由程影响；同时，由于热导率由声子传导，从而热导率受声子平均自由程的影响，因此降低热导率的主要途径为对声子进行散射。由于声子平均自由程处于纳米量级，而电子(空穴)平均自由程则比声子平均自由程大得多，因此纳米粒子可以有效散射声子并对电子迁移过程不产生影响或影响较小。相关研究表明，理想的热电材料的制备方法为：将纳米颗粒均匀地分散在微米热电晶粒间。在上述热电材料中，一方面微米晶粒能够有效的传导电子，另一方面纳米颗粒可以对声子起到良好的散射作用，从而使热电材料实现高电导，低热导的目的。

纳米锑化钴热电材料是一种在中温附近具有最佳热电转换效能的材料之一。纳米锑化钴材料的制备方法已有较多文献报道，其中主要为机械力合金法，但是，该方法制备得到的锑化钴纳米颗粒自身活性高，易团聚，难分散。由于锑化钴纳米颗粒存在团聚现象，因此，利用该锑化钴纳米颗粒与微米颗粒复合得到锑化钴纳米复合热电材料过程中，该纳米颗粒都不可避免的长大，达到甚至超过微米尺度，使锑化钴纳米颗粒无法实现对声子的散射，进而影响锑化钴纳米复合热电材料的热电转换效率。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种锑化钴纳米复合热电材料的制备方法，该方法制备得到的锑化钴纳米复合热电材料中锑化钴纳米颗粒单分散性良好。

本发明提供一种纳米复合热电材料的制备方法，包括以下步骤：

将氢氧化钠、硼氢化钠在溶剂中混合，得到还原性溶液；

将锑源化合物、钴源化合物、络合剂和介孔碳在挥发性极性有机溶剂中混合，干燥后得到第一混合物；

将所述还原性溶液与所述第一混合物混合、反应，干燥后得到第二混合物；

在氮氢混合气氛下将所述第二混合物置于380～550℃下热处理，反应后得到纳米复合热电材料。

优选的，所述氢氧化钠与硼氢化钠的质量比为1∶(0.5～5)。

优选的，所述溶剂为无水乙醇与去离子水的混合溶剂。

优选的，所述硼氢化钠与所述锑源化合物的摩尔比为(0.8～2)∶1。

优选的，所述锑源化合物为氯化锑，所述钴源化合物为六水合氯化钴，所述络合剂为柠檬酸或草酸。

优选的，所述锑源化合物与钴源化合物的摩尔比为(3～7)∶1。

优选的，所述络合剂与所述钴源化合物的摩尔比为(3～5)∶1。

优选的，所述介孔碳与所述钴源化合物的质量比为(3～12)∶1。

优选的，所述热处理时间为20～80分钟。

本发明还提供一种纳米复合热电材料的制备方法，包括以下步骤：

将水合肼在第一极性有机溶剂中混合，得到还原性溶液；

将锑源化合物、钴源化合物、络合剂和介孔碳在极性第二极性有机溶剂中混合，干燥后得到第一混合物；

将所述还原性溶液与所述第一混合物混合，干燥后得到第二混合物；

在氮氢混合气氛下将所述第二混合物置于380～550℃下热处理，反应后得到纳米复合热电材料。