一种碳纳米管复合热电材料的制备方法与流程

文档序号:12275327阅读:325来源:国知局

本发明涉及热电复合功能材料领域,具体涉及一种碳纳米管复合热电材料的制备方法。



背景技术:

温差电材料(Thermoelectric Materials)也称为热电材料。温差电材料主要用于制备热电制冷器件和热电发电器件。温度梯度场热电转换原理简称温差电原理(Thermoe1ectric),它的发现可追溯到19世纪,1822年,ThomasSeebeck发现温差电动势效应(温差电材料发电原理,即Seebeck原理);1834年,Jean Peltier发现电流回路中两不同材料导体结界面处的降温效应(温差电材料制冷原理,即Peltier原理)。20世纪50年代发现一些半导体材料是良好的温差电材料。温差电器件的工作效率取决于材料的一个无量纲参数:ZT。TE器件要求ZT越大越好,ZT越大效率越高。通常把ZT>0.5的材料称为温差电材料。

导电聚合物以及它们的衍生物具有热导率低、质轻、价廉、容易合成和加工成型等优点,作为热电材料具有广阔的应用前景。碳纳米管(CNT), 具有优良的电传导、热传导和机械性能,并且CNT具有中空的结构,有利于提高复合材料的热电性能。Yu等(Nano Letters 2008;8:4428)于2008年首次报道了在CNT-聚合物复合热电材料中,随着CNT含量的增加,复合材料电导率显著增大,而Seebeck系数和热导率的变化却并不明显。这就使通过提高CNT-导电聚合物复合材料的电导率来提高其热电性能成为了可能。



技术实现要素:

本发明提供一种碳纳米管复合热电材料的制备方法,该制备工艺简单,反应过程中不使用有机溶剂,绿色、环保、简单,直接利用SPS烧结进行原位反应,制备的材料致密度高、成分均匀、性能优异。

为了实现上述目的,本发明提供了一种碳纳米管复合热电材料的制备方法,该方法包括如下步骤:

(1)制备碳纳米管/聚(3-己基)噻吩粉体

配料:球、料的质量比(W氧化锆磨球:W单壁碳纳米管+聚(3-己基)噻吩+氧化剂)为10:1-15:1,所述的氧化剂与聚(3-己基)噻吩质量比为5:1-10:1;

设计的配料顺序是,将氧化锆磨球和适量氧化剂加入到氧化锆球磨罐中,然后加入单壁碳纳米管,混合均匀后,滴加适量的聚(3-己基)噻吩单体,密封球磨罐后放入球磨机中球磨。

球磨:转速500-700rpm,持续时间20-40min, 然后转速700-1000rpm,再持续时间10-20min;

离心、洗涤:球磨后取出氧化锆磨球,将余下的黑色反应产物进行离心洗涤处理;

干燥:60-80°C真空干燥10-20h,得到碳纳米管/聚(3-己基)噻吩粉体;

(2)将碳纳米管/聚(3-己基)噻吩粉体装入石墨磨具中压实,连同磨具一起在<10Pa的真空条件下进行烧结,升温速度为25℃/min-50℃/min,烧结温度为600-900℃,压强为75-95MPa,烧结时间为10-20分钟,原料在烧结的过程中进行原位反应生成目标物质,同时加压又可使其致密化,最终得到致密的块体碳纳米管复合热电材料。

具体实施方式

实施例一

球、料的质量比(W氧化锆磨球:W单壁碳纳米管+聚(3-己基)噻吩+氧化剂)为10:1,所述的氧化剂与聚(3-己基)噻吩质量比为5:1。

将氧化锆磨球和适量氧化剂加入到氧化锆球磨罐中,然后加入单壁碳纳米管,混合均匀后,滴加适量的聚(3-己基)噻吩单体,密封球磨罐后放入球磨机中球磨。

球磨:转速500rpm,持续时间20min, 然后转速700rpm,再持续时间10min;离心、洗涤:球磨后取出氧化锆磨球,将余下的黑色反应产物进行离心洗涤处理;干燥:60°C真空干燥10-20h,得到碳纳米管/聚(3-己基)噻吩粉体。

将碳纳米管/聚(3-己基)噻吩粉体装入石墨磨具中压实,连同磨具一起在<10Pa的真空条件下进行烧结,升温速度为25℃/min,烧结温度为600℃,压强为75MPa,烧结时间为10分钟,原料在烧结的过程中进行原位反应生成目标物质,同时加压又可使其致密化,最终得到致密的块体碳纳米管复合热电材料。

实施例二

球、料的质量比(W氧化锆磨球:W单壁碳纳米管+聚(3-己基)噻吩+氧化剂)为15:1,所述的氧化剂与聚(3-己基)噻吩质量比为10:1。

将氧化锆磨球和适量氧化剂加入到氧化锆球磨罐中,然后加入单壁碳纳米管,混合均匀后,滴加适量的聚(3-己基)噻吩单体,密封球磨罐后放入球磨机中球磨。

球磨:转速700rpm,持续时间40min, 然后转速1000rpm,再持续时间20min;离心、洗涤:球磨后取出氧化锆磨球,将余下的黑色反应产物进行离心洗涤处理;干燥: 80°C真空干燥20h,得到碳纳米管/聚(3-己基)噻吩粉体。

将碳纳米管/聚(3-己基)噻吩粉体装入石墨磨具中压实,连同磨具一起在<10Pa的真空条件下进行烧结,升温速度为50℃/min,烧结温度为900℃,压强为95MPa,烧结时间为20分钟,原料在烧结的过程中进行原位反应生成目标物质,同时加压又可使其致密化,最终得到致密的块体碳纳米管复合热电材料。

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