[發明專利]一種納米復合熱電材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810478844.5
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108767105A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 徐冬;張桂芳;朱華
• 申請（專利權）人: 徐冬
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/14;H01L35/22;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 朱親林

本發明涉及一種納米復合熱電材料的制備方法，屬于熱電材料技術領域。本發明制備了一種具有優秀的電子晶體?聲子玻璃的籠狀結構的熱電材料，通過在籠狀七鋁酸十二鈣的籠狀結構的空穴中填充稀土元素，優化載流子輸運性能，構筑一種具有異質界面的低維納米復合熱電材料，并通過熱變形引入的多尺度微結構，可以在較寬頻率范圍內散射聲子，顯著降低晶格熱導率，并通過類施主效應和回復作用調節載流子濃度，同時優化了電輸運性能和熱輸運性能，提高了熱電優值，降低材料的晶格熱導率，同時保持或提高其電輸運性能，使得功率因子得以提高，從而可以有效地提高材料的熱電性能，得到具有更高熱電性能的納米復合熱電材料。

技術領域

本發明涉及一種納米復合熱電材料的制備方法，屬于熱電材料技術領域。

背景技術

熱電材料是一種將熱能與電能直接相互轉換的功能材料，可實現廢熱回收發電、無氟和局部制冷，同時由其制作的器件具有體積小、無噪音、無運動部件、免維修等突出優點。以n型和p型熱電材料組成的熱電器件具有結構輕便，簡單，無活動部件，無需維護，無噪音，環境友好，安全穩定等諸多優點，近年來已受到廣泛關注。

熱電材料具有熱電效應，分別是塞貝克效應、珀爾帖效應、湯姆遜效應。這三個效應并不相互獨立，它們通過Kelvin關系式緊密相連，基于這三種效應，就可以制造出實現熱能和電能之間直接相互轉換的溫差器件。

熱電材料作為一種新型的清潔能源技術可望在廢熱和汽車尾氣發電、太空技術、環保型冰箱和高精度溫控等方面發揮重要的作用，給人們提高能源的利用率、緩解環境污染問題提供一種綜合協調的選擇。目前，作為新能源材料研究領域的熱點之一，熱電材料已成為世界各國政府及工業界備受關注的研究領域，越來越多的人不斷投入到這個極具發展潛力的領域，熱電材料的研究在近幾年也有很大的發展，但目前高性能的熱電材料大多都面臨著原料昂貴，毒性大等問題。元素Te在地球中的儲量比白金還少，價格也十分昂貴，而且毒性大，Pb元素雖然廉價，原料豐富，但是Pb元素會對環境以至人體都造成巨大的傷害，特別是鉛元素的沉積性，使得Pb元素逐漸從植物體轉移到動物體，最后沉積在人體內，我國多地都曾檢測出兒童血鉛量超標的問題，已經引起了相關部門的重視，Pb元素的使用也早已被嚴格限制。以原料豐富，廉價易得，毒性小的化合物是解決上述問題，擴大熱電材料應用范圍的有效手段。

發明內容

本發明所要解決的技術問題：針對目前高性能的熱電材料大多都面臨著毒性大、熱電性能不理想的問題，提供了一種納米復合熱電材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種納米復合熱電材料的制備方法，具體制備步驟為：

（1）取硝酸鈰、硝酸鋁、硝酸鈣加入去離子水中超聲分散20～30min，再滴加質量分數為20%碳酸氫銨溶液，滴加至pH為8.0～8.5，并攪拌加熱至40～50℃，滴加完畢后靜置過濾得濾渣，將濾渣干燥得前驅體；

（2）將前驅體裝入可淬火的管式爐中進行燒結，再在飽和食鹽水中淬火，得鑄塊；

（3）將鑄塊真空退火，再將退火后的鑄塊研磨成粉，過200目篩，得籠狀七鋁酸十二鈣；

（4）取聚乙稀吡咯烷酮、氯化鈉，加入乙二醇中，在160～170℃下攪拌均勻，再加入硝酸銀保溫攪拌后離心分離，收集沉淀物醇洗得低維銀納米線；

（5）取低維銀納米線，加入無水乙醇中超聲分散，再加入籠狀七鋁酸十二鈣，繼續超聲分散5～8h，過濾后洗滌干燥，再轉入放電等離子燒結爐中于真空下煅燒，冷卻至室溫后出料，得納米復合熱電材料。

步驟（1）所述硝酸鈰、硝酸鋁、硝酸鈣的摩爾比為（0.3～0.6）：（1400～2800）：（1200～2400）。

步驟（2）所述燒結過程為以5℃/min的速度升溫到600～700℃，保溫1～2h，再以1℃/min的速度加熱至1100～1200℃，保溫6～8h。