一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料及其制备方法，所述制备方法包括步骤：A、将钙钴氧化物均匀分散在第一溶剂中形成钙钴氧化物分散液；将碳纳米管均匀分散在第二溶剂中形成碳纳米管分散液；B、将上述两种分散液混合均匀，过滤、干燥，得到钙钴氧化物‑碳纳米管混合粉末；C、惰性气体保护下，将上述混合粉末在450‑550°C进行退火，研磨，得到钙钴氧化物‑碳纳米管复合物粉末；D、将上述复合物粉末置于模具中，在450‑550°C进行加压烧结，得到钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料。本发明专利技术的制备过程简单，反应时间短，能耗低，原料来源丰富，生产成本低，适合大规模生产。

A Calcium Cobalt Oxide/Carbon Nanotubes Composite Thermoelectric Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料及其制备方法
本专利技术涉及热电材料制备
，尤其涉及一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料及其制备方法。
技术介绍
热电材料是一种能够实现电能与热能之间直接转换的功能材料，它提供了一种安全可靠、全固态的发电和制冷方式，具有广泛的应用前景。基于热电材料的热电器件通常被用作为微电子器件的功率来源或微型器件的制冷装置。热电优值(ZT)是表征热电材料热电性能的主要指标，由公式ZT=S2σT/к给出，其中S为Seebeck系数，来源于Seebeck效应；σ为电导率，由材料的电学传输特性决定；к为热导率，由材料的热传输特性决定；T为绝对温度。层状氧化物因具有较大Seebeck系数和较低的热导率近年来受到人们的广泛关注，被认为是一类具有应用前景的热电材料。其中，Ca-Co-O基氧化物热电材料因其具有热稳定性好，无毒性、无污染，使用寿命长、成本低的优点，受到越来越多的关注；但现有Ca-Co-O基氧化物热电材料制备过程复杂，且存在反应温度高（反应温度高于700℃），反应时间长（需10h以上）；制得的Ca-Co-O基氧化物热电材料的热电性能距离商用仍存在差距。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料及其制备方法，旨在解决现有Ca-Co-O基氧化物热电材料制备过程复杂，且存在反应温度高（反应温度高于700℃），反应时间长（需10h以上）；制得的Ca-Co-O基氧化物热电材料的热电性能不好的问题。本专利技术的技术方案如下：一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，包括步骤：A、将钙钴氧化物均匀分散在第一溶剂中形成钙钴氧化物分散液；将碳纳米管均匀分散在第二溶剂中形成碳纳米管分散液；B、将钙钴氧化物分散液与碳纳米管分散液混合均匀，过滤、干燥，得到钙钴氧化物-碳纳米管混合粉末；C、惰性气体保护下，将钙钴氧化物-碳纳米管混合粉末在450-550°C进行退火，研磨，得到钙钴氧化物-碳纳米管复合物粉末；D、将钙钴氧化物-碳纳米管复合物粉末置于模具中，在450-550°C进行加压烧结，得到钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料。所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤A中，所述钙钴氧化物为Ca2Co2O5、Ca3Co4O9或Ca9Co12O28。所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤A中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤A中，所述第一溶剂、所述第二溶剂独立地选自水、甲醇、无水乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、乙腈、丙酮、氯仿中的一种或多种。所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤A中，所述第一溶剂、所述第二溶剂均为无水乙醇。所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤B中，所述钙钴氧化物与所述碳纳米管的摩尔比为1：0.002-0.2。所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤C中，所述惰性气体为氮气或氩气；所述惰性气体的流速为30-200mL/min。所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤D中，所述所述模具为石墨模具。所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤D中，所述加压烧结为热压烧结或放电等离子烧结；所述加压烧结的压力为50~80Mpa。一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料，其中，采用如上所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法制得。有益效果：本专利技术的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备过程简单，反应时间短，能耗低，原料来源丰富，生产成本低，适合大规模生产。本专利技术制得的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的热电性能大大超过了同等条件下的钙钴氧化物，适用于中高温低功耗负载的温差发电器。附图说明图1为本专利技术具体实施方式中一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料制备方法的较佳实施例的制备流程图。具体实施方式本专利技术提供一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术提供了一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料制备方法的较佳实施例，其中，包括步骤：A、将钙钴氧化物均匀分散在第一溶剂中形成钙钴氧化物分散液；将碳纳米管均匀分散在第二溶剂中形成碳纳米管分散液；B、将钙钴氧化物分散液与碳纳米管分散液混合均匀，过滤、干燥，得到钙钴氧化物-碳纳米管混合粉末；C、惰性气体保护下，将钙钴氧化物-碳纳米管混合粉末在450-550°C进行退火，研磨，得到钙钴氧化物-碳纳米管复合物粉末；D、将钙钴氧化物-碳纳米管复合物粉末置于模具中，在450-550°C进行加压烧结，得到钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料。进一步，步骤A具体包括：将钙钴氧化物均匀分散在第一溶剂中，超声0.1-1h，形成钙钴氧化物分散液；将碳纳米管均匀分散在第二溶剂中，超声5-10h，形成碳纳米管分散液。更进一步，所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤A中，所述钙钴氧化物为Ca2Co2O5、Ca3Co4O9或Ca9Co12O28；所述碳纳米管为多壁碳纳米管（Multi-walledcarbonnanotube，MWCNT）或单壁碳纳米管（Single-walledcarbonnanotube，SWCNT）；所述第一溶剂、所述第二溶剂独立地选自水、甲醇、无水乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、乙腈、丙酮、氯仿中的一种或多种；优选地，所述第一溶剂、所述第二溶剂均为无水乙醇。进一步，步骤B具体包括：将钙钴氧化物分散液与碳纳米管分散液混合，超声15-30min，过滤，得到的滤饼在真空条件下干燥，得到钙钴氧化物-碳纳米管混合粉末。更进一步，所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤B中，所述钙钴氧化物与所述碳纳米管的摩尔比为1：0.002-0.2。进一步，步骤C具体包括：惰性气体保护下，将钙钴氧化物-碳纳米管混合粉末在450-550°C进行退火1-10h，研磨，得到钙钴氧化物-碳纳米管复合物粉末。更进一步，所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤C中，所述惰性气体为氮气或氩气；所述惰性气体的流速为30-200mL/min。进一步，步骤D具体包括：将钙钴氧化物-碳纳米管复合物粉末置于模具中，在450-550°C进行加压烧结3-20min，得到块体状钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料。所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其中，步骤D中，所述模具为石墨模具；所述加压烧结为热压烧结或放电等离子烧结；所述加压烧结的压力为50~80Mpa。本专利技术的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备过程简单，反应时间短，能耗低，原料来源丰富，生产成本低，适合大规模生产。本专利技术还提供一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料，其中，采用如上所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法制得。本专利技术制得的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的热电性能大大超过了同等条件下的钙钴氧化物，适用于中高温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、将钙钴氧化物均匀分散在第一溶剂中形成钙钴氧化物分散液；将碳纳米管均匀分散在第二溶剂中形成碳纳米管分散液；B、将钙钴氧化物分散液与碳纳米管分散液混合均匀，过滤、干燥，得到钙钴氧化物‑碳纳米管混合粉末；C、惰性气体保护下，将钙钴氧化物‑碳纳米管混合粉末在450‑550°C进行退火，研磨，得到钙钴氧化物‑碳纳米管复合物粉末；D、将钙钴氧化物‑碳纳米管复合物粉末置于模具中，在450‑550°C进行加压烧结，得到钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料。

【技术特征摘要】
1.一种钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、将钙钴氧化物均匀分散在第一溶剂中形成钙钴氧化物分散液；将碳纳米管均匀分散在第二溶剂中形成碳纳米管分散液；B、将钙钴氧化物分散液与碳纳米管分散液混合均匀，过滤、干燥，得到钙钴氧化物-碳纳米管混合粉末；C、惰性气体保护下，将钙钴氧化物-碳纳米管混合粉末在450-550°C进行退火，研磨，得到钙钴氧化物-碳纳米管复合物粉末；D、将钙钴氧化物-碳纳米管复合物粉末置于模具中，在450-550°C进行加压烧结，得到钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料。2.根据权利要求1所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述钙钴氧化物为Ca2Co2O5、Ca3Co4O9或Ca9Co12O28。3.根据权利要求1所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。4.根据权利要求1所述的钙钴氧化物/碳纳米管复合热电材料的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述第一溶剂、所述第二溶剂独立...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嘉恒，麦成康，王振元，王滨燊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东,44