[發明專利]一種聚合物基復合熱電材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710749730.5
• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN107634137B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 杜永;陳甲庚;劉欣;徐家躍
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;H01L35/34
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發明提供了一種聚合物基復合熱電材料的制備方法，包括一個配料的步驟，將聚合物加到溶劑中，所述的聚合物為導電聚合物或者非導電聚合物中的任意一種或者兩種的組合，攪拌待其充分溶解后，再加入無機材料，繼續攪拌，直至無機顆粒均勻分散在溶液里；所述的聚合物與無機材料的質量比為0.01?1；所述的聚合物與溶劑的質量體積比為0.001?0.5g/mL；一個裝樣打印的步驟；一個干燥的步驟。本發明的方法具有工藝簡單、容易操作、適合大批量生產等優點。所打印的聚合物基復合材料在熱電發電和制冷器件領域具有廣闊的應用前景和市場價值。

技術領域

本發明屬于材料學領域，涉及一種熱電材料，具體來說是一種基于溶液3D打印技術的聚合物基復合熱電材料的制備方法。

背景技術

隨著生產和科技的發展，環境污染和能源危機現象也越來越嚴重。熱電材料是一種環境友好的功能材料，它可以利用固體內部載流子（空穴或電子）的運動，實現熱能和電能的相互轉換。使用熱電材料制備的熱電器件具有結構簡單、無運動部件、無噪音及無污染等優點。因此，熱電材料具有相當廣闊的應用前景。目前使用的熱電材料主要是無機熱電材料，如，Bi-Te基合金、Pb-Te基合金等，但是它們的制備工藝相對較復雜，并且存在著重金屬污染等缺點，在一定程度上限制了無機熱電材料的大規模應用。

聚合物基復合熱電材料具有質輕、價廉、加工工藝簡單等優點，近年來是熱電材料的研究熱點。聚乳酸（PLA）是一種可生物降解的合成高分子材料。聚乳酸原材料來源廣泛，是一種公認的環境友好材料，適合作為聚合物基復合熱電材料的基體材料。目前聚合物基復合熱電材料的制備主要有物理混合、溶液混合、原位聚合等工藝，但是上述工藝存在著無機材料在聚合物基體中分散不均勻和無機材料易氧化等缺點。因此開發一種快速、簡單、易于操作和適合工業化生產的方法來制備高性能的聚合物基復合熱電材料對于加速其實用化至關重要。

眾所周知，3D打印是采用層層疊加的增材制造來生成三維實體的技術，目前已在很多領域得到了應用。與傳統打印技術相比，3D打印具有生產周期短、節省材料與空間等顯著優勢。2015年He等通過光固化3D打印技術結合熱退火工藝制備了Bi_0.5Sb_1.5Te₃熱電材料(M.H. He, etc., 3D printing fabrication of amorphous thermoelectric materialswith ultralow thermal conductivity, Small, 2015, 11(44): 5889-5894)，但是他們使用的打印機為光固化打印機，所制備的材料為無機熱電材料，并且可以看出上述制備工藝較復雜，而且要經過350℃退火處理。如果使用光固化3D打印機來打印聚合物基復合材料，由于受到光固化樹脂的限制，所打印的材料一般不導電，不能滿足熱電材料的使用要求。溶液3D打印技術是通過將聚合物溶解在溶劑中以后進行打印的，適合制備聚合物基復合熱電材料，但是目前通過3D打印技術制備聚合物基復合熱電材料仍未見報道。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種聚合物基復合熱電材料的制備方法，所述的這種聚合物基復合熱電材料的制備方法要解決現有技術中制備的聚合物基復合熱電材料存在著無機材料在聚合物基體中分散不均勻和無機材料容易氧化的技術問題。

本發明提供了一種聚合物基復合熱電材料的制備方法，包括如下步驟：

1)一個配料的步驟，將聚合物加到溶劑中，所述的聚合物為導電聚合物或者非導電聚合物中的任意一種或者兩種的組合，攪拌待其充分溶解后，再加入無機材料，繼續攪拌，直至無機顆粒均勻分散在溶液里；所述的聚合物與無機材料的質量比為0.01-1；所述的聚合物與溶劑的質量體積比為0.001-0.5g/mL；

2)一個裝樣打印的步驟；

3)一個干燥的步驟。