[发明专利]一种含金属有机聚合物的室温基热电材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种含金属有机聚合物的室温基热电材料及其制备方法，该制备方法其包括：将金属有机聚合物、p型碲化铋Bi_2‑xSb_xTe₃进行混合球磨，得到复合材料粉体，0＜x≤2；将复合材料粉体在400~500℃下进行热压放电等离子体烧结，得到热电材料；其中，所述金属有机聚合物为金属酞菁或金属酞菁衍生物。本发明的技术方案，通过金属有机聚合物中代表性的小分子酞菁或其衍生物材料与无机热电材料复合，利用金属有机聚合物材料多孔结构及结构多样性优势，协同优化无机材料电学、热学性能，丰富了优化无机热电材料的手段，为获得高性能热电材料提供新的思路。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，尤其涉及一种含金属有机聚合物的室温基热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料(Thermoelectric materials,TE)是一种环境友好型的“绿色”能源转换材料，可以直接实现热能和电能的相互转换。以热电材料为核心的热电转化器件利用半导体的Seebeck效应、Peltier效应已经被广泛应用于制冷设备、发电机、热能传感器等，涵盖了军队、航空、器械、生物、医疗、工业、商业等领域。

热电材料的性能的优劣主要以无量纲热电优值zT＝S²·σ·T/κ来衡量，其中，σ为电导率，S为Seebeck系数，κ为热导率，T为绝对温度。理想的热电材料应同时具备高Seebeck系数、高电导率、低热导率。zT值越大，材料的热电转换效率越高。热电器件最早是应用于太空探索等一些特殊领域。热电材料的zT值大小直接反映材料的热电性能的好坏。从公式可以看出，在特定温度下，性能优异的热电材料应该具有较大的σ和S系数，同时具有低的κ。然而，影响热电材料性能的三参数(电导率，Seebeck系数，热导率)相互耦合，如何最大程度解调电和热输运特性是提高热电性能的关键科学问题。

碲化铋合金作为最早被发现的化合物半导体热电材料，是迄今为止商业化应用最广的热电材料，对于进一步提高材料的热电性能和有效调控材料的zT峰值温区，使其在包括中低温余热发电、热电制冷等领域获得更广泛应用，是近年来的主要研究目标。在实际的材料研究中需要协同考虑电学、热学耦合作用。因此，探索新的研究方法用于优化材料热电性能，同时获得力学性能增强的热电材料对于热电器件的应用具有重要意义。自20世纪五六十年代，碲化铋合金半导体热电材料被报道，最高zT值已接近1.0。近年来，纳米复合被认为是一种有效用于优化无机材料热电性能的手段，其基本思路是把材料中的微观结构尺寸减小到几十纳米量级或以下，达到与电子和声子波长相当的数量级，从而实现对载流子和声子输运的协调优化，同时纳米第二相填充有望获得力学性能的增强。

金属有机聚合物(Metal Organic Polymers，MOPs)是由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的多孔材料。随着MOPs材料种类的日益增多以及复合材料的逐渐兴起，MOPs材料将有不可估量的应用前景。因此，开发具有功能多样性的MOPs以及复合材料，并应用于不同领域，将极大地促进学科间的相互发展。但是MOPs材料本征低的电导率(10^-13～10^-1S cm^-1)导致其很难单独在热电领域应用。另外一个限制MOPs材料在热电领域应用的主要问题在于，MOPs大多具有较低的热稳定性(分解温度小于300度)，而传统无机热电材料大都经过高温烧结过程(大于400度)，从加工工艺角度，如何将二者有效结合是一个难题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种含金属有机聚合物的室温基热电材料及其制备方法，协同优化无机材料电学、热学性能，提高了热电材料的性能。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种含金属有机聚合物的室温基热电材料的制备方法，其包括：