[发明专利]热电转换材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种热电转换材料，尤其涉及一种具有柔性的热电转换材料。

背景技术

热电效应(Thermoelectric Effect)是指当物体两端温度不同时(物体内部存在温度梯度)，物体中的载流子将顺着温度梯度由高温区向低温区扩散，致使低温区的载流子数目逐渐多于高温区，从而建立内建电场。内建电场将迫使载流子进行与扩散运动反向的漂移运动，最终漂移运动与扩散运动平衡，使得物体两端存在一恒定电势差。衡量热电效应的主要参数是塞贝克系数(Seeback coefficient)。塞贝克系数等于物体两端的电势差除以物体两端的温差。定义当载流子为空穴时，塞贝克系数为正，当载流子为电子时，塞贝克系数为负。

热电转换材料的一个重要性能指标就是优值系数Z＝S²σ/κ，优值系数Z越大，热电转换材料的热电转换效率越高。在公式Z＝S²σ/κ中，S是塞贝克系数，σ是电导率，κ是热导率。σ愈大，表示材料电阻愈小，由于焦耳热造成的热电性能降低也就愈小；κ愈小，表示从热端到冷端的导热损失愈小。提高Z值，就可以提高发电或制冷效率。由于S是分子上平方项的贡献，因此提高材料的塞贝克系数S是提高优值系数Z值的主要手段。

金属导体的热电效应早在170多年前就被发现，但由于金属的热电效应微弱，其应用长期以来一直局限于作为热电偶测量温度。从20世纪50年代某些半导体材料被发现具有较强热电效应后，热电转换材料的新应用研究引起人们高度重视，比如在发电(热电效应)、制冷(热电效应逆效应/帕尔帖效应Peltier Effect)方面有着非常巨大的潜在应用价值。与传统发电、制冷设备相比，利用热电效应及其逆效应制成的设备具有取用方便、设备简单、无噪声(无机械传动)、无污染(不用液态或气态工质，如氟利昂)等诸多优点。然而，金属材料制成的热电转换材料硬度较大，不具有柔性，限制了热电转换材料的应用。

近年来，导电聚合物(聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等)在热电领域的应用逐渐被人们研究。他们的优点是兼具较好的导电性能和较低的热导率、制备成本低、轻便和柔性等。但实际应用于热电转换材料时，基于导电聚合物的热电转换材料的热电转换效率还有待进一步提高。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种具有柔性，且热电转换效率较高的热电转换材料。

一种热电转换材料，所述热电转换材料包括一碳纳米管结构及一导电聚合物层。该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，所述导电聚合物层包覆在所述碳纳米管的表面。

与现有技术相比较，所述热电转换材料采用导电聚合物包覆在所述碳纳米管结构中的碳纳米管的表面，在碳纳米管的表面形成一导电聚合物材料层。由于碳纳米管结构本身具有较好的柔性与自支撑性，因此，以碳纳米管结构作为骨架的热电转换材料的柔韧性较好。另外，由于导电聚合物层以包覆在所述碳纳米管的表面的形式复合于碳纳米管结构，所述热电转换材料具有的赛贝克系数较大，从而所述热电转换材料的热电转换效率较高。

附图说明

图1是本发明第一实施例的包含无序碳纳米管的热电转换材料的结构示意图。

图2是本发明热电转换材料的热电效应塞贝克系数测量装置示意图。

图3是本发明第一实施例的热电转换材料与纯碳纳米管及导电聚合物在不同压力下的塞贝克系数分布图。

图4是本发明第二实施例的包含有序碳纳米管的热电转换材料的结构示意图。

图5是本发明第三实施例的包含碳纳米管阵列的热电转换材料的结构示意图。

图6是本发明第三实施例的热电转换材料与纯碳纳米管及导电聚合物在不同压力下的塞贝克系数分布图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明的热电转换材料。