[发明专利]一种基于金属有机框架与碳纳米管的复合材料的制备方法及器件的制备方法

说明书

一种基于金属有机框架与碳纳米管的复合材料的制备方法及器件的制备方法，先制备将P型Ni₃(HITP)₂/CNT复合材料和N型Ni₃(HITP)₂/CNT复合材料，然后将P型Ni₃(HITP)₂/CNT复合材料和N型Ni₃(HITP)₂/CNT复合材料分别经方形压片模具进行压片，压力为10‑30MPa，时间5‑30分钟，得到P型复合块体材料和N型复合块体材料，然后将P型复合块体材料与N型复合块体材料组装，连接处用导电银胶或铜线连接，得到器件。本发明成功制备获得性能最高的N型稳定MOF/CNT复合材料，并将其应用于器件电路应用，这类具有高电导率、低热导率的多孔复合材料在催化材料、气体吸附材料、隔热材料、高性能热电材料领域具有潜在应用价值。

技术领域

本发明属于半导体热电材料领域，具体涉及一种基于金属有机框架与碳纳米管复合材料的制备方法及器件的制备方法。

背景技术

热电材料可以通过塞贝克效应将热量直接转化为电能，具有高可靠性和耐用性，且不需要使用流体或运动部件，因此热电转换被认为是减少全球能源消耗最有前景的技术之一。相比无机材料，有机半导体材料具有独特的优点，例如质量轻、柔性好、分子结构易设计以合理调控能带结构、可实现多功能化学掺杂、可大面积溶液法成膜以及低本征热导率。

在材料中引入孔隙率是通过散射声子降低其热导率的有效策略，从而提高其热电性能。金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks)，简称MOFs，是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。由于其固有的特性，包括大表面积，独特的孔隙率和可裁剪的功能，MOFs在热电领域提供了希望。

尽管本征周期性微孔结构使其导热系数较低，通常小于0.4W m^-1K^-1，然而，由于其电绝缘体特性，导电性通常小于10^-3S cm^-1，很少有微孔结构被直接用于电子相关领域。例如，掺杂了7,7,8,8-四氰基喹啉二甲烷的Cu3(苯-1,3,5-三羧酸)2(Cu₃(BTC)₂-TCNQ)的电导率为0.07S cm^-1，尽管0.27W m^-1K^-1的热导率和375V/K的高Seebeck系数，室温下ZT值只有7x10^-5，这一数值已经是当时性能最高的MOF热电材料了。过去几年，随着MOF材料的研究不断深入，各个领域取得了很大进展。通过促进金属配体电荷转移或引入氧化还原活性客体分子，获得了一些电导率大于1.0S cm^-1的MOF材料，为电荷转移开辟了新的途径。MOFs导电性能的提高，点燃了开发MOFs基高性能热电材料的热情。朱等人报道了高导电MOFs，铜双(二硫油酸)络合物(Cu-BHT)的导电率为1580S cm^-1，Seebeck系数在-4μV/K到-10μV/K范围内。CuBHT的功率因数(PF)比先前报道的Cu₃(BTC)₂-TCNQ功率因子高2.6到16倍。

最近，Dinca等人报道了MOFs基热电材料，Ni₃(2,3,6,7,10,11-六胺基三亚苯)₂(Ni₃(HITP)₂)，在25℃下表现出62.1S cm^-1的电导率和0.21W m^-1K^-1的低热导率。尽管Seebeck系数低至-11.9μV K^-1，Ni₃(HITP)₂的ZT值高达1.19x10^-3，是Cu₃(BTC)₂-TCNQ的17倍，提高电导率对MOFs的热电性能有积极的影响。