[发明专利]一种热电复合材料的制备方法及热电复合材料

说明书

本发明涉及一种热电复合材料的制备方法及热电复合材料，将多壁碳纳米管CNTs和AgNO₃在去离子水中超声处理使其充分溶解与分散；将混合溶液置于氩气环境下搅拌并加热至沸腾；按照Se与NaBH₄物质的量比为1:2制备一定浓度且与AgNO₃溶液同体积的NaHSe溶液；将NaHSe溶液加入到CNTs和AgNO₃混合溶液中，保持上述搅拌速率并在沸腾温度下反应2小时；反应停止并冷却半小时后，对样品进行真空抽滤清洗及收集，随后真空干燥，再经过放电等离子烧结成块体，即得到Ag₂Se/CNTs热电复合材料。本发明方法采用溶液法实现了Ag₂Se与多壁碳纳米管(CNTs)原位复合，在低温常压下即能实现CNTs的均匀复合。

技术领域

本发明属于热电能源转换材料领域，具体涉及一种热电复合材料的制备方法及热电复合材料。

背景技术

热电材料可以将热能与电能直接相互转化，热电器件具有体积小、无噪音、可靠性强、灵活性高等特点，在废热发电和局部制冷等领域具有广阔的应用前景。无量纲热电优值(zT)是衡量热电转换效率的指标，zT＝S²σT/κ，其中S为Seebeck系数，σ为电导率，S²σ为热电功率因子，T为绝对温度，κ为材料总热导率，包括晶格热导(κ_l)和电子热导(κ_e)两部分。一个良好的热电材料不仅应该具备优异的热电性能，还要有足够的机械强度以抵抗使用过程中出现的载荷。Ag₂Se热电材料因其具有低毒、室温下性能高的特性，是一种具有客观前景的热电材料体系，同时近年来Ag₂Se也常作柔性热电薄膜使用，是可穿戴热电器件研究领域的热点。至今，国内外研究者主要通过元素掺杂(例如，Pb、S、Se、Te、Cu)来提升Ag₂Se材料的热电性能，且现有制备技术多为高温熔融法，这类方法不仅耗能耗时，而且需要昂贵的高纯度Ag、Se单质。

实现热电材料与低维碳材料的可控复合是实现热电性能提升的有效途径，该方法已经成功提升其他热电材料(如SnSe、Cu₂Se、Mg₃Sb₂)的性能，另外，在材料内部引入第二相可以有效提高材料的机械强度(如，抗拉强度和抗压强度)，因此该策略理论上可以同时提高Ag₂Se材料的热电性能和力学性能。然而，至今还未曾有工艺实现Ag₂Se与碳纳米管材料的有效复合从而同时提升热电性能和机械性能的有效方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题是：提供一种可以同时提高热电复合材料热电性能和机械强度的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种热电复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1:将与产物质量比为0～5％的多壁碳纳米管CNTs，以及5～50mmol的AgNO₃在去离子水中超声处理1.5-3h，使CNTs和AgNO₃充分溶解与分散得到混合溶液。所述产物质量与CNTs的质量比为取0、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％，AgNO₃的添加量可以取5mmol、10mmol、15mmol、20mmol、25mmol、30mmol、35mmol、40mmol、45mmol或50mmol，所述超声处理时间可以取1.5h、1.7h、2h、2.5h、2.7h或3h。

S2:将S1得到的混合溶液置于氩气环境下搅拌并加热至沸腾。