[發明專利]一種Cu2?xS/CNT復合熱電材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610142086.0
• 申請日: 2016-03-14
• 公開（公告）號: CN105633267B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 王超;伍思昕;楊萍;欒春紅;姜晶;梁瑩林;陳乙德
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/14
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 吳姍霖

技術領域

本發明屬于熱電材料領域，具體涉及一種Cu_2-xS/CNT(碳納米管)復合熱電材料及其制備方法。

背景技術

熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉換的功能材料，基于塞貝克效應和帕爾貼效應，可分別應用于溫差發電和靜態制冷，具有無污染、無機械傳動、無噪音、安裝靈活、可靠性高等優點。目前，熱電材料在軍事、廢熱利用、航空航天、汽車、家用電器、醫療和極端條件供能等領域的應用已呈現蓬勃發展的趨勢，擁有極大的商業潛力。

熱電材料的熱電性能可以由無量綱值ZT評估(ZT＝α²σT/κ，其中α為塞貝克系數，表示單位開爾文溫差產生的電勢差，σ為電導率，T為開爾文溫度，κ為熱導率)，ZT值越高，熱電材料的熱電轉換率越大。出于節能環保、降低成本的角度考慮，高ZT值熱電材料一直是研究者們追求的目標，而同時在實際應用中，對熱電材料的發電功率、塞貝克系數、電導率、熱導率和溫度范圍等也有一定的要求。例如，在溫差發電應用中，低功耗負載(如心臟起搏器、計算芯片等)要求熱電材料具有大的塞貝克系數，大功率用電器對熱電材料的功率因子PF (PF＝α²σ，其數值反映了發電功率的大小)有較高要求，便攜式設備則需要熱電材料具有較大的質量比功率；在溫差電制冷應用中，為獲得不同的電流－溫差敏感特性，對熱電材料的塞貝克系數、電導率、熱導率等也有不同的要求。

目前，Bi₂Te₃、PbTe、SiGe、Skutterudite、Zintl合金、Clathrate、Half-heusler 合金、金屬氧化物、硫族化合物和β-Zn4Sb₃、FeSb₂、Mg₂Si等材料因具有成為高ZT值熱電材料的潛力而受到廣泛關注。其中，銅硫化合物(Cu_2-xS，0≤x≤ 0.2)具有生產所需的元素產量大、成本較低、無毒性等優點，并因其晶體結構十分復雜，熱、電輸運特性有可能符合“聲子液體-電子晶體(PLEC)”的概念，使其表現出作為高性能熱電材料的巨大潛力，如Cu_1.97S具有較低的熱導率 (0.35～0.5W m^-1K^-1)，塞貝克系數在800K時達到240μVK^-1，ZT值在800K達到 1.4(J.Mater.Chem.A,2015,3,9432–9437|9433)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Cu_2-xS(0≤x≤0.2)/CNT(碳納米管)復合熱電材料，該復合熱電材料可通過改變Cu_2-xS與CNT的復合比例來調節塞貝克系數、電導率和熱導率等以適應實際應用中對材料熱電性能的不同要求，且工藝簡單，成本較低，適合大規模生產。

本發明的技術方案如下：

一種Cu_2-xS/CNT復合熱電材料，其特征在于，所述復合熱電材料為銅硫化合物Cu_2-xS與碳納米管(CNT)復合得到，所述銅硫化合物Cu_2-xS與CNT的摩爾比為1：(0.00265～0.2)，x的取值范圍為：0≤x≤0.2。

進一步地，所述碳納米管(CNT)為任何形式的碳納米管，如多壁碳納米管、單壁碳納米管等。

上述Cu_2-xS/CNT復合熱電材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：將Cu_2-xS加入無水乙醇中，超聲均勻，得到混合液A，將CNT加入無水乙醇中，超聲均勻，得到混合液B，其中，x的取值范圍為：0≤x≤0.2；

步驟2：將步驟1得到的混合液A與混合液B混合，超聲均勻，得到混合液C；

步驟3：將步驟2得到的混合液C過濾，得到的濾餅在真空條件下干燥，得到Cu_2-xS和CNT的混合粉末；

步驟4：步驟3得到的Cu_2-xS和CNT的混合粉末在惰性氣氛下、400～550℃溫度下退火1～4h，然后在400～550℃溫度下進行加壓燒結，得到本發明所述 Cu_2-xS/CNT復合熱電材料。

進一步地，步驟1所述混合液A的超聲時間為0.5～1h，混合液B的超聲時間為4～6h。

進一步地，步驟2所述超聲的時間為15～30min。