[發明專利]一種紙基熱電薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201910702003.2
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110400867B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 藍碧健
• 申請（專利權）人: 太倉碧奇新材料研發有限公司
• 主分類號: C07D333/10
• 分類號: C07D333/10
• 代理公司: 蘇州市方略專利代理事務所(普通合伙) 32267
• 代理人: 朱智杰

本發明屬于能源材料技術領域，具體為一種紙基熱電薄膜的制備方法。本發明提出的方法是在纖維素紙上依次真空鍍銀，熱壓印N?(4?氨基?2?硝基苯基)?氨基甲酸乙酯、1,1?二(3?甲基?2?噻吩基)?1,4?丁二醇，真空鍍鋁，熱壓印N?(2?硝基?4?鄰苯二甲酰亞胺基苯基)氨基甲酸乙酯，絲網印刷導電銀膠及聚甲基丙烯酸甲酯，得多層夾心結構薄膜；再將多層夾心結構薄膜置于熱壓印機中退火，得紙基熱電薄膜。用熱電系數測量儀測得紙基熱電薄膜的功率因子為5.12~5.64 mW.m^?1.K^?2，熱電優值為3.88~3.93。

技術領域

本發明屬于能源材料技術領域，具體為一種紙基熱電薄膜的制備方法。

背景技術

在人類的日常生活中，會浪費掉很多熱能，比如汽車尾氣的熱能，發電機發散的熱能，熱電材料可以把這些廢棄的熱能轉化成電能。同時熱電材料不僅可以用來發電，它還可以進行熱電制冷，在這兩個過程中，它都不會帶來任何的環境問題，可謂是綠色清潔材料。熱電材料還具有體積小、耐高溫、壽命長。熱電材料彌補了傳統發電技術的短板，在交通運輸，航空航天，醫療器械，日常生活都有的廣泛的應用。

李建新等采用磁控濺射(射頻+直流)的方法制備摻雜型ZnSb基熱電薄膜;通過改變濺射功率控制Ag元素的摻雜量,通過真空退火來實現摻雜元素的均勻化和膜層的結晶,真空退火溫度選用300℃,退火時間為1 h。利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、霍爾效應測試儀、薄膜Seebeck系數測量系統對薄膜特性進行測試;研究Ag摻雜對ZnSb基熱電薄膜膜層結構和熱電性能的影響。結果表明:隨著Ag摻雜量的增加,薄膜的膜層結構顯著改善,摻雜后薄膜中出現Ag₃Sb和Zn₄Sb₃兩種新相;摻雜后薄膜的熱電性能相比未摻雜薄膜的提升較大,摻雜對薄膜的Seebeck系數也產生了較大的影響。當Ag摻雜量(摩爾分數)為2.88%時,樣品獲得最大的功率因子,在573K溫度下功率因子為1.979 mW/(m·K²)（中國有色金屬學報,2019年第2期312-318）。

王凱揚等利用射頻磁控濺射法制備了碲化鉍基熱電薄膜,研究了濺射時間以及磁控濺射過程的襯底溫度對薄膜熱電性能的影響。利用XRD與SEM表征了薄膜的相、結晶情況以及表面情況,利用EDS分析了薄膜的化學計量比。同時測定了室溫附近薄膜的塞貝克系數與電導率,計算了功率因子用以衡量不同工藝參數下薄膜的熱電性能。從功率因子的計算結果可以看出,濺射時間為10 min的薄膜熱電性能較優（材料化學前沿，2017年第4期104-109）。

畢成等基于離散坐標法和松弛時間近似模型求解聲子Boltzmann輸運方程,對單晶硅納米多孔熱電薄膜聲子熱導率進行了數值研究,獲得了多孔硅薄膜厚度、孔隙率、邊界鏡面率和聲子散射邊界面積對其熱導率的影響規律,討論了孔隙率、多孔薄膜厚度對薄膜各向異性導熱特性的影響。結果表明：隨著孔隙率的增加及薄膜厚度的減小,熱導率逐漸降低;當孔隙率增加到64%,且硅薄膜厚度減小到塊材料硅聲子平均自由程的1/10時,與塊材料熱導率相比,薄膜熱導率至少下降兩個數量級。通過分析多孔薄膜中的熱流分布特性,提出了優化設計薄膜多孔結構的方法,為設計低熱導率高效熱電薄膜提供了理論依據（西安交通大學學報，2017年第5期23-30）。

潘成軍等公開一種熱電薄膜及其制備方法（公開/公告號：CN109181235A），其中所述熱電薄膜的材料為聚合物，該發明提供的平面型的有機半導體熱電薄膜材料易溶于常用的有機溶劑中，因此具有較好的溶液可加工性。此外，該類平面型的有機半導體熱電薄膜材料還具有較高的Seebeck系數和熱電性能，同時也具有較好的柔韌性，使得該有機熱電薄膜有望應用于柔性可穿戴熱電設備中；并且該發明提供的平面型的有機半導體熱電薄膜材料制備方法簡單易實現，且成本低廉。

綜上所述，有機、無機以及復合薄膜材料都可能具有熱電效應，但不同的熱電材料，以及不同的熱電器件結構，其熱電系數不同，需要不斷的優選材料及器件結構，以獲得高功率因子、高熱電優值的熱電薄膜材料。

發明內容