[发明专利]一种热电材料

说明书

本发明公开了一种热电材料及其制造工艺，具体是一种聚酰亚胺/Bi₂Te_3‑xFe_x热电薄膜复合材料及其制备方法。本发明的技术方案制备的热电材料可达纳米尺度，热电性能好，热电系数高。

技术领域

本发明涉及热电材料领域，尤其涉及一种纳米热电材料及其制造工艺。

背景技术

热电效应是指当物体两端温度不同时，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。热电材料是一种能够降温差转变为电势差的材料，从而将温差变成一种资源。因此，人们随时随地都有可以利用的电源。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、无污染等诸多优点。中国发明专利CN 104885241 A公开了一种具有优异性能的热电转换材料。该热电材料包含 Cu 和 Se，其中包含 Cu原子和 Se 原子的晶体在特定温度下同时具有多个不同的晶体结构。

中国发明专利CN 107737921 A提供了一种热电材料及其制备方法，通过含有Ni2+的化学镀液对Cu₂SnSe₃热电粉末进行包覆，还原后得到具有Ni镀层的Cu₂SnSe₃-Ni复合粉体，然后经过压制和两步加热烧结步骤，得到块状热电材料，加工时间短，制备量大，粉体包覆均匀，处理工艺简单，设备成本较低，适合规模化生产，所得热电材料热导率低、电导率高，ZT值有明显提升。

然而，当前的热电材料普遍存在热电效应弱、电压低的问题，限制了其应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种热点系数高的热电材料及其制造工艺，以推动热电材料的产业化。本发明的目的是提供一种聚酰亚胺/Bi₂Te_3-xFe_x热电薄膜复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案及具体制备过程如下:

（1）将四酸二酐、有机二胺加入溶剂中，制备聚酰胺酸溶液；所述溶剂为非质子溶液；

（2）在温度为10-40℃、相对湿度为20-80%条件下，将聚酰胺酸溶液真空脱气后，将上述聚酰胺酸溶液涂覆到基材上，然后放置入乙醇的水溶液中；所述基材包含但不限于玻璃、不锈钢；

（3）将多孔膜在温度为200℃以下的环境中干燥；

（4）将上述聚酰胺酸膜的升温到300℃以上的温度亚胺化，得到多孔的聚酰亚胺膜；

（5）将聚酰亚胺膜进行超声清洗。

（6）将清洁处理后的聚酰亚胺膜置于磁控溅射样品室，溅射Bi₂Te_3-xFe_x；所用溅射靶材为块体Bi₂Te_3-xFe_x，溅射真空度高于1× 10^-3Pa，工作气体为0.4～0.8Pa的高纯氩气，样品室温度为100℃～150℃，沉积功率为10～20W，样品支架旋转速度为60～100转/分钟。在溅射过程中，会有大量的Bi₂Te_3-xFe_x的晶体生长于薄膜内部，并且其尺寸受薄膜内孔隙的限制。这样能够保证材料的纳米尺度。

其中X的范围为0.05～0.2。

作为优选， 聚酰亚胺膜的孔径小于100纳米，进一步优选为50纳米以下。

作为优选，四酸二酐、有机二胺的比例为1：0.95～0.95：1，进一步优选为1：0.99～0.99：1。

作为优选，聚酰胺酸溶液的固含量为8-20%。