[发明专利]一种热电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热电材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：取或制备满足3D打印粒径要求的热电材料粉体；将粘结剂粉末溶于溶剂中，制成半固态粘结剂；而后加入以上热电材料粉体，混合，制成热电浆料；利用熔融沉积技术进行3D打印，制成热电材料；再进行干燥、烧结处理。通过以上方法制备热电材料，生产成本低，生产周期短，材料浪费少，可打印任意形状的块体热电材料，所制得的热电材料热导率低。

技术领域

本发明涉及热电材料制备技术领域，具体涉及一种热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料是指利用材料的赛贝克效应、帕尔贴效应和汤姆森效应实现热能和电能相互转换的一类材料。由热电材料制备的热电器件，由于其具有无机械运动部件、无噪音、高可靠性等独特的优点，在电子等领域具有广阔的应用前景。在当今社会，随着能源短缺和环境问题日益严重，这使得热电材料作为一种新型能源材料备受工业界和学术界的广泛关注。

传统的热电材料制备方法包括块体切割、粉末热压、放电等离子体烧结等，这些都是减材制造的过程。这些制备方法不仅工艺复杂，制备成本高，原材料浪费严重，所制备的材料形状也受到了限制，只能制备特定形状的块体材料。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种热电材料的制备方法，以改进传统热电材料加工中只能制备特定形状的块体材料的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种热电材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、取或制备满足3D打印粒径要求的热电材料粉体；

S2、将粘结剂粉末溶于溶剂中，制成半固态粘结剂；

S3、将所述热电材料粉体加入步骤S2所得的半固态粘结剂中，混合，制成热电浆料；

S4、利用熔融沉积技术进行3D打印，制成热电材料；

S5、对所述热电材料进行干燥处理，得干燥的块体热电材料；而后进行烧结。

以上步骤S1和步骤S2的操作顺序也可调换。

步骤S1中，可利用球磨工艺对热电材料粉体进行球磨处理，直至粉体材料达微米数量级；而后将球磨好的粉体材料过筛，以获得可满足3D打印粒径要求的热电材料粉体。其中，热电材料粉体可为P型或N型热电材料粉体。过筛处理的筛网可采用1000～1500目筛网，优选所述热电材料粉体的粒径小于13μm。球磨处理的具体工艺参数优选为：在惰性气体环境中，300～500rpm转速下球磨3～12h，球磨至所得的粉体材料粒径在1～12μm之间的颗粒占总数的90％以上；其中，惰性气体包括氮气、氦气、氩气、氖气、氙气等。

优选地，步骤S2中，所述粘结剂一般为有机粘结剂，具体可包括聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)中的至少一种。溶剂通常为挥发性溶剂，具体可采用水、酒精和二甲基甲酰胺(DMF)等。粘结剂和溶剂优选按如下重量百分数混合：粘结剂的质量分数为1～15％，溶剂的质量分数为85～99％；在两者混合过程中，可借助机械搅拌使粘结剂均匀溶解于溶剂中，以形成半固态粘结剂。

优选地，步骤S3所制得的热电浆料具有以下流变学性能：在不加压时，所述热电浆料的弹性模量大于损失模量；在有压力时，所述热电浆料的弹性模量小于损失模量。该流变学性能通常与热电浆料的原料组成和配比等因素有关。热电材料粉体和半固态粘结剂优选按如下重量百分数混合：热电材料粉体的质量分数为60～90％，半固体粘结剂的质量分数为10～40％。两者混合过程中可利用搅拌台通过机械搅拌，使热电材料粉体均匀分布在半固态粘结剂中，形成均一稳定的热电浆料；搅拌台的搅拌速度优选1000～2000rpm/min，搅拌时间优选2～5h。