[发明专利]一种低热导率SnSe纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种液相合成低热导率SnSe纳米材料的制备方法，属于材料制备及能源转化技术领域。采用液相合成和退火热压相结合的方法，以去氧蒸馏水为溶剂，以一定比例的硒源和锡源制备成SnSe纳米材料，尺寸约为25 nm。将其退火通过热压操作压成的片，测得在室温下热导率为0.291 Wm^‑1k^‑1，在350℃的温度下其热导率仅为0.237 Wm^‑1k^‑1，与同族化合物SnTe和其他方法制得的SnSe相比热导率低。较低的热导性能有效的减少热量的损失，说明该低热导率的纳米材料是良好的潜在热电材料，材料本身无毒且容易大量合成，合成成本低等优点，具有较好的实际应用价值。

技术领域

本发明属于材料制备及能源转化技术领域，具体涉及液相合成和退火相结合的方法制备SnSe纳米材料，该材料具有较低的热导性能，可用于隔热材料、保温材料及热电转化材料领域。

背景技术

导热系数是指在稳定传热条件下，1 m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，℃），在1秒内（1 s），通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度 （W/(m·K) ），此处为K可用℃代替）。低导热材料在能源转化方面有着重要的作用，有利于余热转化为电能，在未来的能源管理中扮演者重要的角色。当今社会是能源消耗极大的快速发展时期，能源的有效转化可以极大地提高资源的利用率，生活中能源使用过程约三分之二以热量的形式散失，废热的再次利用可以节省大量的能源。热电材料是一种有效转化废热为电能的功能材料，由于具有超高热电转化效率，SnSe材料已引起人们的广泛关注。

热电转化效率用ZT=S²σT/k来衡量，其中S为塞贝克系数，σ为导电性，κ为总热导率（晶格热导率加电子热导率），T为绝对温度。SnSe因其超低导热性、化学稳定性、地球丰度、低毒等优异的热电性能而引起了人们的极大兴趣。SnSe晶体在室温环境下具有层状斜方晶系结构，另外SnSe是一种p型半导体，简单化学组成的SnSe化合物，Sn周围围绕7个Se原子，Sn—Se 的键长为4个长键和3个短键，不同的键长会使Sn 原子受力不平衡。同时该化合物的晶体结构特点是沿着c 方向具有类似于弹簧一样的晶体结构，该类似弹簧的晶体结构会很大程度缓解声子的热传输。SnSe 特殊的晶体结构使得SnSe 具有很低的κ。另外物质的固溶度的不同会通过改变量子点的声子散射位置影响到热导率。同时人们发现掺杂可以有效地降低晶格热导率，这是做热电材料提高热电优值努力的关键之一。目前文献中的纯相SnSe的热导率主要有以下相关文献：Sushmita Chandra et al.（J. Am. Chem. Soc.2019, 141 , 15, 6141–6145）通过水热法合成板状的SnSe材料，纯相在室温下的热导率为1.0 Wm^-1k^-1左右，文章对其进行Ge掺杂降低热导率，进而提高热电优值；Shi et al.(Chem. Sci. 2018, 9, 37, 7376–7389)通过水热法合成SnSe薄片，纯相在室温下的热导率为0.92 Wm^-1k^-1左右，并对其进行了Cu的重掺杂使形貌变成了微带状，掺杂降低了热导率，热电优值得到了提高。Ge et al.（J. Am. Chem. Soc. 2017, 129, 28, 9714-9720）通过高温烧结的物理方法合成层状的SnSe块体, 并通过 (Na, K) 共掺杂协同剪裁带结构和原子尺度缺陷声子散射得到的p型多晶SnSe的高热电性能。纯相在室温下的热导率为0.94Wm^-1k^-1左右; Li et al（Nano. Energy. 2016, 28, 78-86）通过水热法合成八面体的SnTe，并通过改变氢氧化钠的量调节形貌，纯相在室温的热导率为1.6 Wm^-1k^-1左右，与同族SnTe相比，本发明热导率较低。