[发明专利]一种粉末状纳米复合热电材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种热电材料，具体来说是一种粉末状纳米复合热电材料的制备方法。

背景技术

目前能源紧缺问题越来越严重，而热电材料的发现使人们看到问题解决的希望。热电材料作为一种新型能源材料，可以实现热能和电能之间相互直接转换，因此目前受到了广泛的关注。

热电材料性能指标一般用无量纲优值ZT进行衡量，其表达式如下：

ZT＝S²σT/k

其中：S为Seebeck系数；σ为电导率；k为热导率；T为热力学温度。上述公式中可以看出，同时具有高电导率、高Seebeck系数、低热导率的材料才具有高的ZT值，而Seebeck系数、电导率和热导率之间相互制约，难以独立调控，所以很难提高材料的ZT值。

热电材料的低的ZT值仍是制约它应用与推广的主要原因。虽然Bi₂Te₃基合金热电材料在室温附近ZT值能够达到1左右，但其ZT值仍有提高的空间。经过不断探索，研究人员发现通过减低材料维度以及制备复合材料的方法等可以提高Bi₂Te₃基合金热电材料的ZT值。

近年来，石墨烯因其具有优良的导电性能、高的载流子迁移速率、优异的机械性能等已成为当下的研究热点。因此若能采用适当的方法制备石墨烯/Bi₂Te₃基合金复合材料，充分发挥石墨烯高的电导率，以及Bi₂Te₃基合金本身高的Seebeck系数，将有可能进一步提高Bi₂Te₃的热电性能。但是目前石墨烯/Bi₂Te₃纳米复合热电材料的制备方法主要是溶液混合和机械混合，采用上述两种方法制备的石墨烯/Bi₂Te₃纳米复合热电材料容易导致复合材料中Bi₂Te₃纳米结构的氧化，从而影响复合材料热电性能的提高。本发明通过水热原位合成的方法，一步成功制备出了一种粉末状石墨烯/Bi₂Te₃复合热电材料。该方法可以防止复合材料制备过程中Bi₂Te₃纳米结构的氧化，为提高Bi₂Te₃的热电性能提供了一种新思路。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种粉末状纳米复合热电材料的制备方法，所述的这种粉末状纳米复合热电材料的制备方法要解决现有技术中的Bi₂Te₃基合金的热电性能不佳的技术问题。

本发明提供了一种粉末状纳米复合热电材料制备方法，包括如下步骤：

7)称取氧化石墨烯放入去离子水中，氧化石墨烯与去离子水的质量体积比为0.1～8mg：80mL，超声至液体呈均一透明，然后依次加入酒石酸钠、TeO₂、KOH、Bi(NO₃)₃·5H₂O，所述的氧化石墨烯、TeO₂、和Bi(NO₃)₃·5H₂O的物料比为0.1～8mg：0.3～1g：0.6～2g；其中溶液中酒石酸钠的浓度为0.1-0.15mol/L，KOH的浓度为0.8-1.2mol/L；

1)再向上述溶液中加入KBH₄，加入后，溶液中KBH₄的浓度为0.25-0.35mol/L，继续搅拌反应0.3-1h；

2)将搅拌后的溶液转移至水热反应釜中加热10-30h，温度为80-200℃；

3)将反应釜自然冷却至室温后，倒出反应釜中产物后，用去离子水对产物进行洗涤，至上清液pH呈中性，倒出上清液后，再用无水乙醇将产物洗涤至少两次；

4)倒出上清液，将剩下的产物与无水乙醇的混合物装入离心管，剩下产物与无水乙醇的质量体积为1g：5mL～30mL，放入高速离心机中离心3～8分钟，离心速率为3000-8000转/分钟；

5)真空干燥，干燥温度为60-100℃，干燥时间为6-8h，干燥完成后得到一种粉末状纳米复合热电材料。