[发明专利]CoSb3/石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及热电用复合材料领域，具体涉及一种CoSb₃/石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

热电材料是一种通过载流子(电子或空穴)的运动实现电能和热能直接相互转换的半导体材料。当热电材料两端存在温差时，热电材料能将热能转化为电能输出；或反之在热电材料中通以电流时，热电材料能将电能转化成热能，在一端吸热而在另一端放热。热电材料在发电或制冷领域有着广泛的应用前景。使用热电材料的热电发电装置可作为空间探测器、野外作业、海洋灯塔等使用的移动电源，或用于工业余热、废热发电。用热电材料的制冷器件可应用于小型冷藏箱、计算机芯片和激光探测器的局部冷却、医用便携式超低温冰箱等。

热电材料的性能用“热电优值”Z表征：Z＝(α²σ/κ)。这里的α材料的塞贝克系数，σ电导率，κ热导率。CoSb₃材料是一种较为理想的热电材料，但该材料的热导率较高。

中国专利ZL98107464.2中公开了可将热转换成电的CoSb₃系热电材料，该热电材料可同时具有较大的塞贝克系数和较大的电导率，是一种功率因素较大而导热系数并未增大的p型CoSb₃系热电材料；通过放电等离子体烧结法烧结Co_0.97Pt_0.03Sb₃合金粉末，在抑制晶粒生长的同时使所得烧结体致密化，这样可抑制导热系数而提高电导率，从而提高其作为传热材料的性能指数；而且，通过在烧结体的CoSb₃系化合物晶界中插入氧化物等绝热层，可降低导热系数；此外，在CoSb₃系热电材料中添加稀土类金属，使其在晶界析出，可提高塞贝克系数。

使用纳米晶材料是降低CoSb₃热导率κ的有效方法之一，这是因为纳米材料众多的晶界能有效地对声子进行散射。但纳米材料在热处理过程中易团聚、烧结，从而弱化对声子的散射机制。如中国专利ZL200610144006.1中公开了一种纳米SiC颗粒复合CoSb₃基热电材料及其制备方法，将Co、Sb以及掺杂元素单质粉末按照化学式：Co_1-XM_XSb_3+ySiC进行配料，然后通过球磨得到均匀的微细粉末；利用放电等离子烧结在250～600℃下反应合成具有纳米SiC颗粒分散的块体CoSb₃基热电材料；该方法的特点在于：利用放电等离子烧结直接合成CoSb₃相，并利用弥散分散的SiC抑制CoSb₃的晶粒生长，最终得到具有细晶组织的纳米SiC分散的CoSb₃基热电材料。弥散纳米颗粒和细晶组织能增加声子散射降低热导率，从而获得更好热电性能；同时，由于纳米颗粒弥散增强，而使其具有更好的机械和加工性能。另外，中国专利申请CN201110077569.4公开了一种醇热法制备钴/石墨烯复合材料的方法，包括：(1)室温下将氧化石墨分散于乙二醇溶液中，得浓度为0.5～2mg/mL的混合液，将混合液超声分散30～60min后，加入钴盐、无水乙酸钠和聚乙二醇，搅拌1～2h，形成反应液；(2)各上述反应液加入反应釜中，升温至180～210℃，反应8～16h，将所得产物冷却至室温，离心收集产物，用去离子水和无水乙醇洗涤，烘干即得；工艺简单，易于工业化生产；所制备的钴/石墨烯复合材料中钴晶相纯，与石墨烯复合良好，在石墨烯表面与层中分散性好，复合材料电阻率小，磁化强度高，具有良好的应用前景；但该复合材料仅仅是金属Co与石墨烯的复合，而非合金化合物与石墨烯的复合，Co/石墨烯复合材料一般作为磁性材料使用，不会作为非热电材料。

发明内容

本发明提供了一种热电性能良好的CoSb₃/石墨烯复合材料。

本发明还提供了一种CoSb₃/石墨烯复合材料的一步制备方法，该方法工艺简单，能耗低、成本低，所得产物颗粒尺寸细小且分布均匀。

一种CoSb₃/石墨烯复合材料，由纳米级CoSb₃颗粒和石墨烯(G)的组成。即所述的复合材料具有CoSb₃/G的组成

为了进一步提高复合材料的应用性能，所述的复合材料中石墨烯的重量百分含量优选为0.1％～2％，进一步优选为0.16％～2％。