[发明专利]一种柔性碲化铜热电薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种柔性碲化铜热电薄膜及其制备方法和应用，包括：将溶剂热法合成的碲纳米线洗净分散于乙二醇中，加入三水硝酸铜和抗坏血酸水溶液室温反应后洗净得到碲化铜纳米线，与叔丁胺和硼氢化钠混合搅拌，洗净超声分散于去离子水中，抽滤成膜，在平板硫化机下热压处理后，放置于压片机中高压处理，真空干燥，即得。本发明制备周期短，安全无污染，在柔性热电可穿戴领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，特别涉及一种柔性碲化铜热电薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

在计算机、网络、电子技术逐渐成熟的今天，可穿戴设备的推广成为可能。在大众需求的驱使下，越来越多的可穿戴设备被推出，并逐渐形成一个独立的产业。其中可穿戴的热电设备受到了广泛的关注，可穿戴的热电设备能够直接利用人体的热量，将人体所散发的废弃余热转化为电能。

人体的构造相当复杂，并且处于不断运动的状态，所以对可穿戴热电器件的结构要求很高。为了提高热电器件的穿戴舒适性，热电材料的柔性化必不可少，且需较高的热电性能。传统的无机块体热电材料热电性能很高，但硬度高且柔韧性较差，因此难以运用到可穿戴热电器件中。有机热电材料虽然柔性很好，但是热电性能较差。因此制备兼具柔性与高性能的热电材料成为亟待解决的问题。

碲具有较高的热电性能而成为研究较多的热电材料，但因其电导率较低，有研究者(Synthetic Metals,2014,198:340-344.)利用碳管与碲纳米线复合来提高体系的热电性能，但是这种简单的复合通常存在很严重的界面问题，所制得热电薄膜热电性能较低。

现有技术中，基于碲化铜的薄膜都是由电沉积而成，电沉积的碲化铜薄膜通常需要刚性基底，无法运用于可穿戴领域。有研究者(Advanced Functional Materials,2016,26(25):4535-4542.)利用P3HT为柔性基底制备碲化铜薄膜，但是P3HT是价格非常昂贵的导电聚合物，不具备大面积制备的潜力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性碲化铜热电薄膜及其制备方法和应用，克服了现有碲化铜薄膜无法兼具柔性和优异热电性能的缺陷。

本发明提供了一种柔性碲化铜热电薄膜，将碲纳米线与三水硝酸铜和抗坏血酸水溶液反应得到碲化铜Cu_1.75Te纳米线，利用高温高压技术处理制得。

所述碲纳米线是通过以氧化碲TeO₂、聚乙烯吡咯烷酮、氢氧化钾为原料反应制得。

本发明还提供了上述柔性碲化铜热电薄膜的制备方法，包括：

(1)将TeO₂、聚乙烯吡咯烷酮、氢氧化钾溶解于乙二醇溶剂中，反应，冷却后洗净得到碲纳米线，分散于含有三水硝酸铜和抗坏血酸水溶液的乙二醇中，室温反应，洗净后得到Cu_1.75Te纳米线；

(2)将步骤(1)得到的Cu_1.75Te纳米线与叔丁胺和硼氢化钠混合，搅拌，洗净后超声分散于去离子水中，得到Cu_1.75Te纳米线分散液，抽滤成膜，热压处理，高压处理，真空干燥，得到Cu_1.75Te热电薄膜。

所述步骤(1)中TeO₂、聚乙烯吡咯烷酮、氢氧化钾的质量比为1:1.26:4.71～1:3.125:9.375。

所述步骤(1)中碲纳米线、三水硝酸铜、抗坏血酸的摩尔比为1:2:3.78～1:6:11.34。

所述步骤(1)中抗坏血酸水溶液的浓度为1.89～3.78mol/L。

所述步骤(1)中反应的工艺参数为：反应时间为3～10h，反应温度为90～150℃。

所述步骤(1)中室温反应的时间为1～3h。