[發明專利]碳納米管/聚(3-己基)噻吩復合熱電材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310428262.3
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103500792A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 蔡克峰;杜永
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 葉鳳

技術領域

本發明屬于導電高分子-無機納米結構復合熱電材料領域，涉及一種?CNT/P3HT復合熱電材料的制備方法。

背景技術

熱電材料是一種能夠通過固體中載流子（空穴或電子）的輸運實現熱能和電能之間直接轉換的功能材料。熱電材料的應用不需要使用傳動部件、結構簡單、尺寸可以做到很小、工作時無噪聲、無排棄物、對環境沒有污染,并且這種材料還具有使用壽命長、性能可靠等優良特點。因此，熱電材料是一類具有廣泛應用前景的環境友好材料，被認為是未來非常有競爭力的能源替代介質。

衡量熱電材料的一個重要性能指標就是ZT值，其表達式如下：

其中：為Seebeck系數；為電導率；和分別為聲子熱導率和電子熱導率，被稱為功率因子。熱電優值的單位為K^-1。由于無量綱熱電優值ZT中的三個物理量Seebeck、電導率和熱導率均與材料的電子結構和載流子散射有關，它們之間相互制約，所以很難提高材料的ZT值。

導電聚合物以及它們的衍生物具有熱導率低、質輕、價廉、容易合成和加工成型等優點，作為熱電材料具有廣闊的應用前景。碳納米管(CNT),?具有優良的電傳導、熱傳導和機械性能，并且CNT具有中空的結構，有利于提高復合材料的熱電性能。Yu等(Nano?Letters?2008;8:4428)于2008年首次報道了在CNT-聚合物復合熱電材料中，隨著CNT含量的增加，復合材料電導率顯著增大，而Seebeck系數和熱導率的變化卻并不明顯。這就使通過提高CNT-導電聚合物復合材料的電導率來提高其熱電性能成為了可能。這個工作報道以后，越來越多的科研工作者開始試圖將CNT引入導電聚合物體系中，來制備CNT-導電聚合物復合熱電材料，以期望提高復合材料的熱電性能(Acs?Nano?2010;4:2445)(Advanced?Materials?2010;22:535)。

因此，若能通過適當的方法制備CNT-導電聚合物復合熱電材料，并且盡可能的發揮導電聚合物和CNT各自的優點(例如：導電聚合物低的熱導率，CNT高的電導率),?將有可能大幅度提高復合材料的熱電性能。

目前，制備導電聚合物-CNT復合材料的主要方法是原位聚合法、溶液混合法、澆鑄法，但這些方法需要使用大量有機溶劑，易污染環境。

說明書術語縮寫簡稱羅列：

CNT/P3HT：碳納米管/聚(3-己基)噻吩

3-HT：3-己基噻吩。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明通過機械化學方法制備了CNT/P3HT粉末，然后將復合粉末冷壓，制備復合塊體熱電性能。該方法無需有機溶劑、綠色環保、簡便可行、適合大規模生產的方法來制備CNT/P3HT復合熱電材料。

?本發明給出的技術方案為：

一種CNT/P3HT復合熱電材料的制備方法，其特征在于,包括步驟：

（1）配料：

確定配比是，球、料的質量比(W_{氧化鋯磨球}:W_{CNT+P3HT+氧化劑})為5:1-10:1，所述的氧化劑與3HT質量比為4:1-8:1；

設計的配料順序是，將氧化鋯磨球和適量氧化劑加入到氧化鋯球磨罐中，然后加入CNT，混合均勻后，滴加適量的3-HT單體，密封球磨罐后放入球磨機中球磨。

（2）球磨：轉速100-500rpm，持續時間30-60min,?然后轉速500-1000rpm，再持續時間10-30min。

（3）離心、洗滌：球磨后取出氧化鋯磨球，將余下的黑色反應產物進行離心洗滌處理。

（4）干燥：60-80°C真空干燥12-24h。

（5）冷壓：獲得塊狀的CNT/P3HT復合熱電材料，其中CNT的含量為0-90wt%。

所述的CNT為單壁碳納米管(SWCNT)、雙壁碳納米管(DWCNT)、以及多壁碳納米管（MWCNT）。

所述的氧化鋯磨球直徑為2mm。

所述的球磨罐為100-200mL氧化鋯球磨罐。

所述的氧化劑可以選擇三氯化鐵或者過硫酸銨。

本發明的優點主要在于：工藝簡單，反應過程中不使用有機溶劑，是一種綠色、環保、簡單并且適合大規模生產的方法。并且所得產物可廣泛應用于溫度低于150°C的熱電制冷和發電設備，市場前景廣闊。

附圖說明

圖1為實施例1合成的P3HT粉末的場發射掃描電鏡圖片。

圖2?為實施例2合成的MWCNT含量為30wt%的MWCNT/P3HT復合粉末的數碼照片。