[发明专利]一种基于硫化铋和碳纳米管强耦合的电热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于硫化铋和碳纳米管强耦合的电热材料及其制备方法，包括以下步骤：S1.将羧基化碳纳米管加入至硫代乙酰胺溶液中，室温下超声处理，得到中间反应液；S2.将五水硝酸铋的硝酸溶液滴加到所述中间反应液中，搅拌反应，得到混合溶液；S3.将所述混合溶液离心，取沉淀，得硫化铋‑碳纳米管粗产物；S4.将所述硫化铋‑碳纳米管粗产物真空干燥后，于惰性环境中热处理，得硫化铋‑碳纳米管复合物，所制备的电热材料热电效率且利于规模化生产。

技术领域

本发明涉及电热材料制备领域，具体涉及一种基于硫化铋和碳纳米管强耦合的电热材料及其制备方法。

技术背景

经济社会的发展离不开能源的持续供应，不可再生资源的日益枯竭以及环境污染，严重影响经济发展和人们的生命健康，因此，探索和开发新型可再生清洁能源和高效能量转换与存储技术迫在眉睫。热电材料，又称温差电材料，是利用固体内部载流子的运动来实现热能和电能之间相互转换的半导体功能材料，其具有体积小、质量轻、运行安静且无需转换介质和机械可动部分等优点，作为一种新型能源材料被广泛关注，温差发电技术就是一种可以直接将热能转换为电能的环境友好的绿色固态发电技术，在利用汽车尾气、工厂废热、太阳能、地热能等进行温差发电方面具有广阔的应用前景。

热电材料在废热再利用方面发挥着重要作用，废热可以转化为电能，决定材料热电转换效率的无量纲热电优值可以用ZT值表示：ZT= (S2α/κ) T，其中S为塞贝克系数，α为电导率，κ为导热系数，T为绝对温度。其中，各变量之间复杂的物理关系需要通过协调来改变各变量以获得更高的ZT值。ZT值越大热电转换效率越高，其热电材料的性能就越优异，因此一种优异的热电材料需要具有较大的Seebeck系数、高电导率以及低热导率。

金属硫族化合物广泛应用在能源领域中，尤其是热电领域，其具有良好的热电性能和制备方便，成本低的特点而备受关注。在金属硫族化合物中，Bi-X（X 为硫族元素）为研究最多的化合物，Bi₂Te₃是其中最突出的化合物，目前，Bi₂Te₃基热电材料已被广泛应用于半导体致冷与温差发电领域，其批量生产方法大多采用区域熔炼法，获得的材料的取向度高且电性能优越，但机械性能较差，材料利用率不足50％，其 ZT值最高可达到 2.4，但因Te 稀有且为有毒元素，且这些无机材料的热导率较高，热电性能并不理想，此外，无机热电材料还存在加工困难、价格昂贵、有毒等缺点，也阻碍了其商业化发展。

复合材料是利用不同材料的性能相互补充来提高TE性能的有效方法，现有技术中，Giwon Goo等人通过将Bi₂Te₃与PEDOT: PSS结合来增强复合材料的TE性能，通过材料复合，可以显著提高复合材料的导电性而降低Seebeck损失，或者可以提高复合材料的Seebeck而降低导电性损失，此外，在复合材料中形成化学键可以显著提高复合材料的电子迁移率，该方案中Te 稀有且为有毒元素，同时Bi₂Te₃由熔炼，而后进行热压或活化烧结制得，该方法的制备工艺复杂，成本高，不利于实现规模化生产，且制备的复合材料热电效率不高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于硫化铋和碳纳米管强耦合的电热材料及其制备方法，热电效率高且利于规模化生产。

本发明的技术方案是，提供一种基于硫化铋和碳纳米管强耦合的电热材料，包括多壁碳纳米管、锚定于所述多壁碳纳米管表面的硫化铋，二者形成的复合物应用于制备电热材料。

优选地，所述碳纳米管的质量为所述电热材料质量占比小于10%，大于等于0.6%。

进一步地，还提供一种基于硫化铋和碳纳米管强耦合的电热材料的制备方法，包括以下步骤：

S1. 将羧基化碳纳米管加入至硫代乙酰胺溶液中，室温下超声处理，得到中间反应液；

S2. 将五水硝酸铋的硝酸溶液滴加到所述中间反应液中，搅拌反应，得到混合溶液；