[發明專利]一種油胺摻雜n型碳納米管熱電材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910011495.0
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109742225B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 王連軍;孫婷婷;楊建平;范宇馳;羅維;江莞
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01L35/12
• 分類號: H01L35/12;H01L35/24;H01L35/34
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;魏峯

本發明涉及一種油胺摻雜n型碳納米管熱電材料及其制備方法和應用，包括：(1)將油胺溶于醇中，得到摻雜劑；(2)將十二烷基苯磺酸鈉溶解于乙醇中，并加入碳納米管材料，充分作用；(3)將摻雜劑逐滴加入步驟(2)所得產物中，充分作用，減壓抽濾，洗滌，烘干，得到油胺摻雜的碳納米管材料；(4)將步驟(3)產物置于管式爐內，抽真空，通入惰性氣體，退火處理，即得。本發明可在短時間內實現碳納米管電子傳輸特性由p型向n型的轉變，節省制備時間，同時提高n型電子傳輸特性的空氣穩定性，且操作方便，處理簡單，極具應用潛力。

技術領域

本發明屬于熱電材料制備領域，特別涉及一種油胺摻雜n型碳納米管熱電材料及其制備方法和應用。

背景技術

當今社會經濟飛速發展、技術日新月異，對能源的消耗與需求越來越大。傳統的三大化石能源逐步耗盡，與此同時帶來嚴重的環境問題。因此尋求綠色、高效的新型能源成為亟待解決的問題，熱電材料是一種利用載流子傳輸實現熱能與電能之間相互轉換的功能性材料，由于其體積小、噪音小、污染小和壽命長，可實現廢熱再利用的優點，在能源供給方面具有獨特的優勢。材料熱電性能的評價依據：ZT＝S²σT/κ，其中S為塞貝克系數、σ為電導率、κ為熱導率，三者之間存在關聯耦合的關系，好的熱電材料必須具備高的電導率和塞貝克系數以及低的熱導率。近年來，碳納米管由于其高電導率、良好的可加工性及較高的化學活性，逐漸成為熱電領域研究的熱點。

熱電器件依賴于n型和p型單元的交替配置，然而迄今為止，n型材料的研究遠遠落后于p型材料，開發一種同時具有高電導率和高塞貝克系數的n型熱電材料亟待解決。碳納米管由于空氣中的氧氣和水分摻雜，導致其共軛結構的缺陷，從而使純碳納米管在室溫下表現為P型材料特征，但通過電子給體可有效調控碳納米管電子結構，從而實現其p型向n型的轉變。目前常用的電子給體為聚合物，如PEI(聚乙烯亞胺)，聚電解質等，但是由于PEI和聚電解質的大分子鏈，導致摻雜后的n型碳納米管電導率下降，并且通常需要12h～48h作用時間才能將碳納米管的電子傳輸特性由p型轉換為n型(Yu C,Murali A,Choi K,etal.EnergyEnvironmental Science,2012,5(11):9481-9486；Kim S L,Choi K,TazebayA,et al..Acs Nano,2014,8(3):2377-2386.)，從而降低制備效率。因此，開發新型的n型碳納米管材料具有十分重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種油胺摻雜n型碳納米管熱電材料及其制備方法和應用，克服了碳納米管的n型轉變效率低的缺陷。

本發明提供了一種油胺摻雜的n型碳納米管熱電材料，是以碳納米管為原料，以醇為溶劑，以油胺為摻雜劑，在惰性氣氛下退火處理制得。

所述碳納米管包括化學氣相沉積法、浮動氣相催化法、太陽能法、電弧放電法、模板法或激光蒸發法中的任一種制備的單壁、雙壁或多壁碳納米管粉末、纖維或紗線，或以該三種不同型號碳納米管任意比例混合所得的粉末、纖維或紗線。

所述醇為甲醇或乙醇，優選乙醇。

本發明還提供了上述油胺摻雜的n型碳納米管熱電材料的制備方法，包括：

(1)將油胺溶于醇中，磁力攪拌，超聲，得到濃度為0.100～0.315g/mL的摻雜劑；

(2)將十二烷基苯磺酸鈉溶解于乙醇中，并加入碳納米管材料，充分作用，得到產物；其中，十二烷基苯磺酸鈉和碳納米管材料的質量比為10:1～6；

(3)將步驟(1)得到的摻雜劑逐滴加入步驟(2)得到的產物中，充分作用，減壓抽濾，洗滌，烘干，得到油胺摻雜的碳納米管材料；

(4)將步驟(3)得到的油胺摻雜的碳納米管材料置于管式爐內，抽真空，通入惰性氣體，退火處理，得到油胺摻雜的n型碳納米管熱電材料。