一种石墨烯复合热电材料的制备方法与流程

文档序号:11136753阅读:633来源:国知局

本发明涉及热电复合功能材料领域,具体涉及一种石墨烯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。

2014年发表在《nature》杂志上的相关研究指出,SnSe具有超低的热导率,单晶SnSe具有创纪录的高热电热值。这使得SnSe作为一个新的热电材料体系,开始引起研究人员的广泛重视,其优异的性能表明SnSe是一种很有前景的热电材料。因而,对SnSe的合成及其性能研究具有非常重要的意义。



技术实现要素:

本发明提供一种石墨烯复合热电材料的制备方法,该制备方法得到的石墨烯复合SnSe基热电材料,大幅提高了SnSe基块体材料的热电性能,该方法直接利用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,本发明提供了一种石墨烯复合热电材料的制备方法,该方法包括如下步骤:

(1)制备掺杂改性热电复合材料粉体

在氩气氛手套箱中按照化学式SnSeAlx的各元素含量配比,其中0.02≤x≤0.03,将粉末混合均匀,保护气氛下密封于球磨罐内,放置在高能球磨机上进行球磨,球磨时间为15-18h,球料比为10:1,球磨机转速为500-800r/min,得到SnSeAlx基体粉末;

在氩气氛手套箱中将制备的SnSeAlx粉末分别按照与石墨烯质量比y为:50:1≤y≤100:1的配比混合均匀,在高速球磨机上进行球磨,球磨时间2-4h,球料比为10:1,球磨机转速为500-800r/min,得到混合均匀的掺杂改性热电复合材料粉体;

(2)将掺杂改性热电复合材料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10-20h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石墨烯复合热电材料。

具体实施方式

实施例一

在氩气氛手套箱中按照化学式SnSeAlx的各元素含量配比,其中x=0.02,将粉末混合均匀,保护气氛下密封于球磨罐内,放置在高能球磨机上进行球磨,球磨时间为15h,球料比为10:1,球磨机转速为500r/min,得到SnSeAlx基体粉末。

在氩气氛手套箱中将制备的SnSeAlx粉末分别按照与石墨烯质量比y为50:1的配比混合均匀,在高速球磨机上进行球磨,球磨时间2h,球料比为10:1,球磨机转速为500r/min,得到混合均匀的掺杂改性热电复合材料粉体。

将掺杂改性热电复合材料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,最终得到致密的石墨烯复合热电材料。

实施例二

在氩气氛手套箱中按照化学式SnSeAlx的各元素含量配比,其中x=0.03,将粉末混合均匀,保护气氛下密封于球磨罐内,放置在高能球磨机上进行球磨,球磨时间为18h,球料比为10:1,球磨机转速为800r/min,得到SnSeAlx基体粉末。

在氩气氛手套箱中将制备的SnSeAlx粉末分别按照与石墨烯质量比y为100:1的配比混合均匀,在高速球磨机上进行球磨,球磨时间4h,球料比为10:1,球磨机转速为800r/min,得到混合均匀的掺杂改性热电复合材料粉体。

将掺杂改性热电复合材料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,最终得到致密的石墨烯复合热电材料。

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