[发明专利]利用层层自组装制备热电薄膜的方法

权利要求书

1.一种利用层层自组装制备热电薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）热电材料的纳米薄片悬浮液的制备：首先制备热电材料的前驱体材料，然后对前驱体材料进行质子交换，即向前驱体材料中加入离子交换剂，反应充分后，离心干燥得到酸交换后的质子交换产物；而后再对质子交换产物进行离子交换，即质子交换产物中加入膨胀剂，并常温下采用震荡、超声混合和搅拌中任意一种方式使反应充分，使其进行反应得到的产物形成预膨胀剂进行插层，得到插层产物；接着对插层产物进行剥离，即在常温下对含有插层产物的溶液进行搅拌，使其膨胀达到极限，即形成剥离，得到剥离产物，以该剥离产物的悬浮液作为热电材料的纳米薄片悬浮液；

2）选择基底，对基片进行处理，处理方法为腐蚀或生长种子层的方法；

3）自组装形成热电薄膜：将在上述步骤1）中制备的热电材料的纳米薄片悬浮液离心，常温下，利用在上述步骤2）中选择的基底对离心后的热电材料的纳米薄片悬浮液进行手动提拉、浸渍提拉或浸泡，即在基底上形成热电薄膜。

2.根据权利要求1所述的利用层层自组装制备热电薄膜的方法，其特征在于：在上述步骤1）中增加异物质掺杂步骤，即为在上述步骤1）中，将剥离产物的悬浮液离心，取上清液，加入掺杂物质，得到混合均匀的掺杂溶液，以该掺杂后的混合液作为热电材料的纳米薄片悬浮液。

3.根据权利要求1或2所述的利用层层自组装制备热电薄膜的方法，其特征在于：在上述步骤1）中，所述前驱体材料为热电粉末或热电块体。

4.根据权利要求1或2所述的利用层层自组装制备热电薄膜的方法，其特征在于：在上述步骤2）中，所述生长种子层的方法为磁控溅射、分子束外延或电化学沉积。

5.根据权利要求1或2所述的利用层层自组装制备热电薄膜的方法，其特征在于：所述基底为硅片、玻璃片、金属片、聚合物片或有机大分子片。

6.根据权利要求2所述的利用层层自组装制备热电薄膜的方法，其特征在于：所述掺杂物质为异物质离子、聚合物或复合材料。

7.根据权利要求6所述的利用层层自组装制备热电薄膜的方法，其特征在于：所述含有异物质离子的掺杂物质为含有K⁺、Na⁺、Ca²⁺、La²⁺或Ag⁺金属离子的异离子纳米薄片材料。

8.根据权利要求6所述的利用层层自组装制备热电薄膜的方法，其特征在于：所述掺杂的聚合物为聚丙烯酰胺（PAM）或聚酰胺（PA）。

9.根据权利要求6所述的利用层层自组装制备热电薄膜的方法，其特征在于：所述掺杂的复合材料为石墨烯或修饰石墨烯。

10.根据权利要求1、2、6～9中任意一项所述的利用层层自组装制备热电薄膜的方法，其特征在于：所述热电材料为能形成纳米薄片的热电材料，为 p-Na_xCoO₂、 p-Ca₃Co₄O₉、 p-Ca_xCoO₂、p-Li_xCoO₂、p-Sr_xCoO₂以及稀土金属和过渡金属掺杂后的层状金属氧化物的p型热电材料的任意一种或几种，或者为n-Na_xCoO₂、 n-Ca₃Co₄O₉、n-Ca_xCoO₂、n-Li_xCoO₂、 n-Sr_xCoO₂以及稀土金属和过渡金属掺杂后的层状金属氧化物的n型热电材料的任意一种或几种。

11.根据权利要求1、2、6～9中任意一项所述的利用层层自组装制备热电薄膜的方法，其特征在于：在上述步骤1）中，采用固相合成工艺制备所述热电材料的前驱体材料，即通过待烧结原料配料，均匀研磨后，在（730～830）℃下首次烧结（2～12）小时，将首次烧结的产物再次充分研磨，然后在（830～860）℃再次烧结（10～24）小时，得到层状化合物，该层状化合物即为热电材料粉末，该热电材料粉末作为所述热电材料的前驱体材料备用。