[发明专利]一种三维打印用复合热电材料

说明书

本发明涉及一种三维打印用复合热电材料，每100份的热电材料中包括如下重量份的组分，无机热电材料粉末50～90份，偶联剂1～2份，增塑剂0.1～1份，可降解热塑性高分子材料5～25份；所述无机热电粉末与偶联剂的质量比大于100:3且小于100:1。本发明提供的复合热电材料通过控制无机热电粉末与偶联剂的质量比，并采用合适的混合方法，将无机热电粉末与热塑性高分子材料良好复合，从而保证良好的热电性能和加工性能，最终获得线径均匀的三维打印用复合热电线材。

技术领域

本发明涉及3D打印材料领域，尤其涉及一种复合热电材料。

背景技术

热电发电由于具有无污染、能把热能直接转变为电能、系统无运动部件、寿命长、可靠性高等优点，从而成为自给自足的能量循环、合理利用工业与生活废热、提高能量利用率的可行途径。以Bi2Te3、PbTe及它们的固溶体合金材料为代表的无机热电材料制备的热电发电器件由于其热电转换效率良好、成本低、稳定性好等优点成为最接近广泛商业化应用的热电发电器件。

热电发电器件中主要使用两类材料，一是用于制备电极的电极材料，二是用于制备P-N结的P型或N型热电材料。由于电极材料的制备工艺较为成熟、性能指标较为优良，且对热电性能影响不大，因而热电材料的制备和成型是制约热电发电效率和成本的重要因素。现有的热电材料主要通过切割块体方式成型，而常用的无机热电材料机械性能差，呈现脆性，在切割过程中极易碎裂或破损，影响其在热电发电器件中发挥最优性能。而且，采用传统方式制造热电器件，由于加工方式限制，各P-N结间有较大空间，许多热量将通过空隙传导，因此降低热电发电器件对热能的利用率。因此，如何在维持热电材料热电性能的基础上改善器件结构以提升热电发电效率成为一个热电发电领域的技术关键。

三维打印技术具有成本低、成型速度快、高易用性等优点，是受到广泛关注的新型成型技术。采用三维打印技术能够解决无机热电材料脆性造成的成型困难问题，并优化热电器件的结构，最终有效地提高热电发电器件的综合效率，制备低成本、结构优良、高效率的热电发电器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于3D打印的复合热电材料，每100份的热电材料中包括如下重量份的组分，无机热电材料粉末50～90份，偶联剂0.8～2份，增塑剂0.1～1份，可降解热塑性高分子材料5～35份；

所述无机热电粉末与偶联剂的质量比大于100:3且小于100:1。

本发明所述的热电材料，优选的，还包括1～6份导电填料。

本发明将无机热电材料应用到三维打印中，尤其通过调整无机热电材料粉末与偶联剂的相对用量，调整增塑剂的用量，使得无机热电材料可与可降解热塑性高分子材料更好的融合，所得的材料韧性大、强度高，可成功的制备成直径均匀的三维打印所需的线材。且增加导电填料可进一步提高材料的导电性能。

优选的，本发明所述的热电材料，100份的材料中，包括如下重量份的原料，无机热电材料粉末64～90份，偶联剂0.8～1.5份，增塑剂0.2～0.4份，可降解热塑性高分子材料8～30份，导电填料2～5.5份。

优选的，本发明所述的热电材料中的无机热电材料粉末可以为N型或P型热电材料粉末，所述N型或P型热电材料粉末均选自Bi₂Te₃及以Bi₂Te₃为基的固溶体合金材料中的一种或多种。

优选的，所述热电材料粉末的粒径为10～75微米；

优选的，本发明所述的热电材料中，偶联剂为KH550、KH560、KH570或十八胺中的一种或多种；

优选的，所述增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)或聚氧化乙烯；

优选的，所述可降解热塑性高分子材料为聚乳酸(PLA)或聚丁二酸丁二醇酯；