[发明专利]一种油胺掺杂n型碳纳米管热电材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种油胺掺杂n型碳纳米管热电材料及其制备方法和应用，包括：(1)将油胺溶于醇中，得到掺杂剂；(2)将十二烷基苯磺酸钠溶解于乙醇中，并加入碳纳米管材料，充分作用；(3)将掺杂剂逐滴加入步骤(2)所得产物中，充分作用，减压抽滤，洗涤，烘干，得到油胺掺杂的碳纳米管材料；(4)将步骤(3)产物置于管式炉内，抽真空，通入惰性气体，退火处理，即得。本发明可在短时间内实现碳纳米管电子传输特性由p型向n型的转变，节省制备时间，同时提高n型电子传输特性的空气稳定性，且操作方便，处理简单，极具应用潜力。

技术领域

本发明属于热电材料制备领域，特别涉及一种油胺掺杂n型碳纳米管热电材料及其制备方法和应用。

背景技术

当今社会经济飞速发展、技术日新月异，对能源的消耗与需求越来越大。传统的三大化石能源逐步耗尽，与此同时带来严重的环境问题。因此寻求绿色、高效的新型能源成为亟待解决的问题，热电材料是一种利用载流子传输实现热能与电能之间相互转换的功能性材料，由于其体积小、噪音小、污染小和寿命长，可实现废热再利用的优点，在能源供给方面具有独特的优势。材料热电性能的评价依据：ZT＝S²σT/κ，其中S为塞贝克系数、σ为电导率、κ为热导率，三者之间存在关联耦合的关系，好的热电材料必须具备高的电导率和塞贝克系数以及低的热导率。近年来，碳纳米管由于其高电导率、良好的可加工性及较高的化学活性，逐渐成为热电领域研究的热点。

热电器件依赖于n型和p型单元的交替配置，然而迄今为止，n型材料的研究远远落后于p型材料，开发一种同时具有高电导率和高塞贝克系数的n型热电材料亟待解决。碳纳米管由于空气中的氧气和水分掺杂，导致其共轭结构的缺陷，从而使纯碳纳米管在室温下表现为P型材料特征，但通过电子给体可有效调控碳纳米管电子结构，从而实现其p型向n型的转变。目前常用的电子给体为聚合物，如PEI(聚乙烯亚胺)，聚电解质等，但是由于PEI和聚电解质的大分子链，导致掺杂后的n型碳纳米管电导率下降，并且通常需要12h～48h作用时间才能将碳纳米管的电子传输特性由p型转换为n型(Yu C,Murali A,Choi K,etal.EnergyEnvironmental Science,2012,5(11):9481-9486；Kim S L,Choi K,TazebayA,et al..Acs Nano,2014,8(3):2377-2386.)，从而降低制备效率。因此，开发新型的n型碳纳米管材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种油胺掺杂n型碳纳米管热电材料及其制备方法和应用，克服了碳纳米管的n型转变效率低的缺陷。

本发明提供了一种油胺掺杂的n型碳纳米管热电材料，是以碳纳米管为原料，以醇为溶剂，以油胺为掺杂剂，在惰性气氛下退火处理制得。

所述碳纳米管包括化学气相沉积法、浮动气相催化法、太阳能法、电弧放电法、模板法或激光蒸发法中的任一种制备的单壁、双壁或多壁碳纳米管粉末、纤维或纱线，或以该三种不同型号碳纳米管任意比例混合所得的粉末、纤维或纱线。

所述醇为甲醇或乙醇，优选乙醇。

本发明还提供了上述油胺掺杂的n型碳纳米管热电材料的制备方法，包括：

(1)将油胺溶于醇中，磁力搅拌，超声，得到浓度为0.100～0.315g/mL的掺杂剂；

(2)将十二烷基苯磺酸钠溶解于乙醇中，并加入碳纳米管材料，充分作用，得到产物；其中，十二烷基苯磺酸钠和碳纳米管材料的质量比为10:1～6；

(3)将步骤(1)得到的掺杂剂逐滴加入步骤(2)得到的产物中，充分作用，减压抽滤，洗涤，烘干，得到油胺掺杂的碳纳米管材料；

(4)将步骤(3)得到的油胺掺杂的碳纳米管材料置于管式炉内，抽真空，通入惰性气体，退火处理，得到油胺掺杂的n型碳纳米管热电材料。