[发明专利]一种具有高塞贝克系数的硼掺杂p型碳纳米管的制备方法

摘要

本发明涉及到一种具有热电效应的硼掺杂p型碳纳米管的制备方法，以B2O3作为硼源，高温下对碳纳米管进行硼掺杂，B2O3中的B原子与碳纳米管中C原子发生如下置换反应：xB2O3+(2+3x)C(nanotubes)→2BxC(nanotubes)+3xCO，然后经过洗涤、过滤、干燥后得到一种硼掺杂碳纳米管(BxC)。通过增大反应物B2O3与碳纳米管的配比可显著提高硼掺杂碳纳米管(BxC)中B原子百分数，x最大值可达到0.1。本发明反应步骤简单可控，经过硼掺杂后碳纳米管热电效应显著增强，塞贝克系数得到大幅度提高，且x值越大，塞贝克系数提高越明显。本发明制备的硼掺杂碳纳米管内部载流子以p型载流子为主，塞贝克系数最高可达到24.05μV/K，比原始碳纳米管提高了约35%.本发明制备的硼掺杂碳纳米管可以广泛用于基于温差发电的新型热电能源材料。

主权项

一种具有热电效应的硼掺杂p型碳纳米管的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）秤取1g干燥的碳纳米管和0.25~5g B2O3粉末混合，然后将混合粉末加入玛瑙研钵中研磨30~90分钟，得到原料混合物；（2）将步骤（1）得到的原料混合物经真空干燥箱80℃干燥1~8小时后放入坩埚内，然后将坩埚放于管式气氛炉内，当管式气氛炉内抽至真空度达到0.001Pa时，停止抽真空，并开始往管式气氛炉内通入纯度为99.999%的惰性气体，控制气流速率为50mL/min，通气25‑35分钟后，开始升温，在600℃以前控制升温速率为20℃/min；600‑1100℃控制升温速率为10 ℃/min；当温度达到1100℃时，恒温3‑4小时后开始自然降温冷却至室温；得到硼掺杂碳纳米管； （3）去除步骤(2)中硼掺杂碳纳米管中未反应的B2O3，即将步骤(2)所得产物和坩埚一并放入烧杯中，加入过量溶剂后加热煮沸，并在 800rpm转速下磁力搅拌，待坩埚内产物全部溶出时停止搅拌并趁热过滤，继续洗涤过滤，重复2~3次后，将产物放于80℃真空干燥箱内干燥2天，得到纯的硼掺杂碳纳米管。