[发明专利]一种纳米复合热电材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米复合热电材料的制备方法，属于热电材料技术领域。本发明制备了一种具有优秀的电子晶体‑声子玻璃的笼状结构的热电材料，通过在笼状七铝酸十二钙的笼状结构的空穴中填充稀土元素，优化载流子输运性能，构筑一种具有异质界面的低维纳米复合热电材料，并通过热变形引入的多尺度微结构，可以在较宽频率范围内散射声子，显著降低晶格热导率，并通过类施主效应和回复作用调节载流子浓度，同时优化了电输运性能和热输运性能，提高了热电优值，降低材料的晶格热导率，同时保持或提高其电输运性能，使得功率因子得以提高，从而可以有效地提高材料的热电性能，得到具有更高热电性能的纳米复合热电材料。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合热电材料的制备方法，属于热电材料技术领域。

背景技术

热电材料是一种将热能与电能直接相互转换的功能材料，可实现废热回收发电、无氟和局部制冷，同时由其制作的器件具有体积小、无噪音、无运动部件、免维修等突出优点。以n型和p型热电材料组成的热电器件具有结构轻便，简单，无活动部件，无需维护，无噪音，环境友好，安全稳定等诸多优点，近年来已受到广泛关注。

热电材料具有热电效应，分别是塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应。这三个效应并不相互独立，它们通过Kelvin关系式紧密相连，基于这三种效应，就可以制造出实现热能和电能之间直接相互转换的温差器件。

热电材料作为一种新型的清洁能源技术可望在废热和汽车尾气发电、太空技术、环保型冰箱和高精度温控等方面发挥重要的作用，给人们提高能源的利用率、缓解环境污染问题提供一种综合协调的选择。目前，作为新能源材料研究领域的热点之一，热电材料已成为世界各国政府及工业界备受关注的研究领域，越来越多的人不断投入到这个极具发展潜力的领域，热电材料的研究在近几年也有很大的发展，但目前高性能的热电材料大多都面临着原料昂贵，毒性大等问题。元素Te在地球中的储量比白金还少，价格也十分昂贵，而且毒性大，Pb元素虽然廉价，原料丰富，但是Pb元素会对环境以至人体都造成巨大的伤害，特别是铅元素的沉积性，使得Pb元素逐渐从植物体转移到动物体，最后沉积在人体内，我国多地都曾检测出儿童血铅量超标的问题，已经引起了相关部门的重视，Pb元素的使用也早已被严格限制。以原料丰富，廉价易得，毒性小的化合物是解决上述问题，扩大热电材料应用范围的有效手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前高性能的热电材料大多都面临着毒性大、热电性能不理想的问题，提供了一种纳米复合热电材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种纳米复合热电材料的制备方法，具体制备步骤为：

（1）取硝酸铈、硝酸铝、硝酸钙加入去离子水中超声分散20～30min，再滴加质量分数为20%碳酸氢铵溶液，滴加至pH为8.0～8.5，并搅拌加热至40～50℃，滴加完毕后静置过滤得滤渣，将滤渣干燥得前驱体；

（2）将前驱体装入可淬火的管式炉中进行烧结，再在饱和食盐水中淬火，得铸块；

（3）将铸块真空退火，再将退火后的铸块研磨成粉，过200目筛，得笼状七铝酸十二钙；

（4）取聚乙稀吡咯烷酮、氯化钠，加入乙二醇中，在160～170℃下搅拌均匀，再加入硝酸银保温搅拌后离心分离，收集沉淀物醇洗得低维银纳米线；

（5）取低维银纳米线，加入无水乙醇中超声分散，再加入笼状七铝酸十二钙，继续超声分散5～8h，过滤后洗涤干燥，再转入放电等离子烧结炉中于真空下煅烧，冷却至室温后出料，得纳米复合热电材料。

步骤（1）所述硝酸铈、硝酸铝、硝酸钙的摩尔比为（0.3～0.6）：（1400～2800）：（1200～2400）。

步骤（2）所述烧结过程为以5℃/min的速度升温到600～700℃，保温1～2h，再以1℃/min的速度加热至1100～1200℃，保温6～8h。