一种热电材料制造技术

本发明专利技术公开了一种热电材料及其制造工艺，具体是一种聚酰亚胺Bi2Te3热电薄膜复合材料及其制备方法。本发明专利技术制备的热电材料尺度小，热电性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种热电材料
本专利技术涉及增热电材料领域，尤其涉及一种纳米热电材料及其制造工艺。
技术介绍
温差是自然界经常存在的现象。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。例如，生产生活中很多的余热能够用来发电，人体与外界的温差也能够用来发电。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(无机械传动)、无污染(不用液态或气态工质，如氟利昂)等诸多优点。中国专利技术专利CN101931043A提供了一种具有柔性且热电转换效率较高的热电转换材料，所述热电转换材料包括一碳纳米管结构及一导电聚合物层。该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，所述导电聚合物层包覆在所述碳纳米管的表面。中国专利技术专利CN102557448A提供了一种仅使希望的结晶选择性地析出的热电转换材料。在V系玻璃中使MxV2O5结晶选择性地析出(M：Fe、Sb、Bi、W、Mo、Mn、Ni、Cu、Ag、碱金属、碱土金属的任一种金属元素，0＜x＜1)。中国专利技术专利CN104885241A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。中国专利技术专利CN107737921A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。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种热电材料及其制造工艺，以推动热电材料的产业化。本专利技术的目的是提供一种聚酰亚胺/Bi2Te3热电薄膜复合材料及其制备方法。本专利技术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Bi2Te3；所用溅射靶材为块体Bi2Te3，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Bi2Te3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。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%。作为优选，聚酰胺酸的黏度控制在500～50000cp范围。作为优选，聚酰亚胺薄膜的厚度小于20微米。作为优选，聚酰亚胺表面的Bi2Te3膜厚小于100纳米。有益的效果：1．本专利技术可以制备纳米级尺寸的热电材料。因为嵌入聚酰亚胺膜内的热电材料的尺度受聚酰亚胺膜的孔限制，很容易做到100纳米以下。热电材料的性能与其晶粒尺寸直接相关。热电材料尺寸的减小，会带来纳米尺度效应，改变了材料费米能级附近的电子能态密度，大大增加材料的Seebeck系数，提高薄膜材料热电性能。2.聚酰亚胺材料是良好的绝缘材料，使整个复合材料的热电性能相对于纯热电材料有大幅度的提升。并且聚酰亚胺具有优良的耐热性能、机械性能、耐电压性能，非常适合作为热电材料的基底。3.聚酰亚胺作为载体具备良好的柔性与抗弯折性能，非常适合作为柔性能源材料应用于微型换能器件或传感器领域。4.由于聚酰亚胺膜的孔径较容易调控，因此可以较容易调控热电材料的尺度。为了便于理解本专利技术，下面提供实施例用于解释本专利技术，但它们不构成对本专利技术的限定。具体实施方式
下面通过结合实施例详细描述本专利技术。实施例1（1）将4，4’-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐以1：1的摩尔比加入到300毫升DMAC中，固含量8%，在20摄氏度下搅拌反应6小时，得到粘稠状聚酰胺酸溶液混合物，黏度5250cp。（2）在20摄氏度环境下，将混合物真空脱气1小时，在相对湿度50%条件下，将混合物涂覆到不锈钢上，然后放置到乙醇的水溶液中（乙醇体积含量40%），浸泡20分钟，然后在60摄氏度干燥10分钟，然后转到每分钟升温5摄氏度的炉子中，升温到300摄氏度，保温30分钟，得到聚酰亚胺多孔膜。采用压汞法测量多孔膜的平均孔径为83纳米，孔隙率35%。用厚度仪测得膜厚12微米。（3）将聚酰亚胺膜进行超声清洗。（4）将清洁处理后的聚酰亚胺膜置于磁控溅射样品室，溅射Bi2Te3；真空度6×10-4Pa，工作气体为0.4的高纯氩气，样品室温度为100℃℃，沉积功率为10W，样品支架旋转速度为60转/分钟；当膜厚达到60纳米时，停止溅射。（5）采用NetzschABA-458仪器测量复合材料的热电系数为512μV/K。实施例2（1）将4，4’-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐以1：1的摩尔比加入到1000毫升DMAC中，固含量15%，在20摄氏度下搅拌反应6小时，得到粘稠状聚酰胺酸溶液混合物，黏度12200cp。（2）在20摄氏度、相对湿度50%条件下，将混合物真空脱气1小时，将混合物涂覆到不锈钢上，然后放置到乙醇的水溶液中（乙醇体积含量60%），浸泡20分钟，然后在80摄氏度干燥10分钟，然后转到每分钟升温5摄氏度的炉子中，升温到320摄氏度，保温30分钟，得到聚酰亚胺多孔膜。采用压汞法测量多孔膜的平均孔径为56纳米，孔隙率32%。用厚度仪测得膜厚15微米。（3）将聚酰亚胺膜进行超声清洗。（4）将清洁处理后的聚酰亚胺膜置于磁控溅射样品室，溅射Bi2Te3；真空度2×10-4Pa，工作气体为0.8Pa的高纯氩气，样品室温度为150℃，沉积功率为20W，样品支架旋转速度为100转/分钟；当膜厚达到50纳米时，停止溅射。（5）采用NetzschABA-458仪器测量复合材料的热电系数为586μV/K。实施例3（1）将4，4’-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐以1：1的摩尔比加入到1000毫升DMAC中，固含量18%，在20摄氏度下搅拌反应6小时，得到粘稠状聚酰胺酸溶液混合物，黏度20400cp。（2）在20摄氏度、相对湿度50%条件下，将混合物真空脱气1小时，将混合物涂覆到不锈钢上，然后放置到乙醇的水溶液中（乙醇体积含量40%），浸泡20分钟，然后在60摄氏度干燥10分钟，然后转到每分钟升温5摄氏度的炉子中，升温到300本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电材料，其特征在于：该热电材料是一种复合材料，由聚酰亚胺薄膜与Bi2Te3构成。

【技术特征摘要】
1.一种热电材料，其特征在于：该热电材料是一种复合材料，由聚酰亚胺薄膜与Bi2Te3构成。2.一种如权利要求1所述的热电材料，其特征在于：所述聚酰亚胺薄膜为多孔膜。3.一种如权利要求1所述的热电材料，其特征在于：所述聚酰亚胺薄膜的孔径小于100纳米。4.一种如权利要求1所述的热电材料，其特征在于：所述聚酰亚胺薄膜厚度小于20微米。5.一种如权利要求1所述的热电材料，其特征在于：其制备方法包括如下:将清洁处理后的聚酰亚胺膜置于磁控溅射样品室，所用溅射靶材为块体Bi2Te3，选择合适的溅射真空度、样品室温度与工作气体进行溅射沉积，沉积功率为10～20W，样品支架旋转速度为60～100转/分钟。6.一种如权利要求1或5所述的热电材料，其特征在于：所述的聚酰亚胺膜的制备方法包括如下步骤：（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：佛山市领卓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44