[發(fā)明專利]一種薄膜熱電材料的制備方法

在審

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• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107620100A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 徐桂英;夏玉明;馬軍濤;張洪國
• 申請（專利權）人: 滁州瑪特智能新材料科技有限公司
• 主分類號: C25D9/04
• 分類號: C25D9/04
• 代理公司: 南京申云知識產權代理事務所(普通合伙)32274
• 代理人: 洪洋

技術領域

本發(fā)明涉及新能源材料及其制備方法領域，具體涉及一種薄膜熱電材料的制備方法。

背景技術

隨著能源危機的到來，人們開始對自然資源的有限性和逐步耗竭產生了警覺，并激發(fā)了新能源開發(fā)和各類能源綜合利用的商業(yè)興趣，熱電材料是最適合利用自然界存在的溫差以及工業(yè)余熱、汽車尾氣余熱進行利用的新型能源材料。熱電材料是一種將熱能與電能相互轉換的功能材料，在熱電材料兩端通入電流之后會產生冷熱兩端，可以用來冷卻和保溫；熱電材料兩端接觸不同的溫度，即有溫差時，則會在內部回路形成電流，溫差越大產生的電流越強，可以進行溫差發(fā)電。

熱電材料的熱電效率可定義熱電優(yōu)值(Thermoelectric figure of merit)ZT來評估:

ZT＝S²Tσ/κ

其中，S為塞貝克系數(thermoelectric power or Seebeck coefficient)，T為絕對溫度，σ為電導率，κ為導熱系數。

傳統(tǒng)的熱電材料是塊狀材料，材料的熱電優(yōu)值很低，熱電器件的能量利用率低，這限制了熱電材料的進一步擴大應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足提供一種薄膜熱電材料的制備方法，本薄膜熱電材料的制備方法具有低導熱系數、高電導率、高賽貝克系數和高熱電優(yōu)值的優(yōu)點。

為實現上述技術目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

一種薄膜熱電材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：采用電化學方法制備多孔氧化鋁模板；

步驟2：將多孔氧化鋁模板作為工作電極，將工作電極和輔助電極放在電解液內并通過電化學沉積的方法制備樣品，所述電解液包括前驅體、絡合劑和添加劑，所述前驅體為二氧化碲、硝酸鉍或三氧化二銻中兩種或三種物質組合；

步驟3：對樣品依次進行清洗、干燥和退火處理，得到薄膜熱電材料。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述薄膜熱電材料為Bi₂Te₃基材料、Sb₂Te₃基材料或Bi-Te-Sb三元合金基材料。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述的步驟1具體為：

(1)選用純度為99.99％的鋁材料為基材，將基材放在乙醇中，超聲波震蕩5min，去除基材上的油污，將基材通過500℃烘箱退火處理2小時，冷卻后取出；

(2)將步驟(1)中冷卻后的基材放入草酸溶液內并通過二次氧化法制備多孔陽極氧化鋁模板。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述的步驟2具體為：將多孔陽極氧化鋁模板作為陰極，輔助電極作為陽極，將多孔陽極氧化鋁模板和輔助電極放入電解液內并通過電化學沉積的方法對電解液進行電鍍從而得到樣品；所述絡合劑為酒石酸、酒石酸鈉或高碘酸鈉，所述添加劑為二氨基脲聚合物、二甲基亞砜或三甲胺。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述的步驟3具體為：

(1)取出電鍍后的樣品，將樣品用去離子水洗滌，然后進行烘干；

(2)將烘干的樣品放置于氫氣管式爐中并進行退火處理，得到薄膜熱電材料。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述將烘干的樣品放置于氫氣管式爐中并進行退火處理具體為：將烘干的樣品放置于200-400℃的氫氣管式爐中并進行退火處理1-5小時。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述多孔陽極氧化鋁模板的孔徑為10-200nm。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述輔助電極為鉑金電極片、鉑金電極網、鍍鉑鈦電極網或石墨柱。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述的通過電化學沉積的方法對電解液進行電鍍采用的電位為方波脈沖、正反脈沖或恒電流脈沖中的一種或幾種組合。

本發(fā)明是利用電化學沉積方法，制備具有低導熱系數、高電導率、高賽貝克系數和高熱電優(yōu)值的低維化薄膜熱電材料，其熱電轉換效率較傳統(tǒng)材料具有大幅提高，為熱電材料的進一步應用提供技術支撐；本發(fā)明的制備工藝是基于傳統(tǒng)的電化學電鍍方法，制備工藝成熟穩(wěn)定，原材料純度要求較低，產品易得且價格較低，易于規(guī)模化生產，具有良好的應用前景；本發(fā)明采用前驅體為二氧化碲、硝酸鉍或三氧化二銻中兩種或三種物質組合，制作出來的Bi₂Te₃基材料、Sb₂Te₃基材料或Bi-Te-Sb三元合金基材料為低導熱系數、高電導率、高賽貝克系數和高熱電優(yōu)值的低維化薄膜熱電材料。

附圖說明