成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法和碲及碲化物纳米线热电装置制造方法及图纸

本发明专利技术是提供成长碲及碲化物纳米线阵列的方法及碲及碲化物纳米线热电装置。碲及碲化物纳米线可表现出n‑型或p‑型热电特性。碲及碲化物纳米线热电装置包含有第一电极、于第一电极上所形成具热电特性的多个碲及碲化物纳米线阵列以及第二电极。另于碲及碲化物纳米线阵列及第二电极间可包含导电聚合物。借此，透过碲及碲化物纳米线热电材料的纳米尺度特性，可大幅提高热电转换效率。再者，此种热电装置不受大小规模限制，且具有轻薄体积以及可挠特性，具备在衣物、汽车、工厂废热等广大的应用性。

Development of tellurium and telluride nanowire arrays on conductive substrate and tellurium and telluride nanowire thermoelectric device

The present invention provides a method for the growth of tellurium and telluride nanowire arrays and a tellurium and telluride nanowire thermoelectric device. Te and telluride nanowires can exhibit thermoelectric properties of N type or P type. Tellurium and telluride nanowire thermoelectric devices consist of a first electrode and a plurality of tellurium and telluride nanowire arrays and second electrodes with thermoelectric properties formed on the first electrode. A conducting polymer can be included between tellurium and telluride nanowire arrays and the two electrode. By using the nano scale properties of tellurium and telluride nanowire thermoelectric materials, the efficiency of thermoelectric conversion can be greatly improved. Moreover, the thermoelectric device is not limited by size and size, and has the characteristics of light volume and flexibility. It has wide application in clothing, automobile and factory waste heat.

【技术实现步骤摘要】
成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法和碲及碲化物纳米线热电装置
本专利技术是关于一种成长碲及碲化物纳米线阵列的方法及碲及碲化物纳米线热电装置；更特别言之，本专利技术是关于一种直接于多种导电基材上成长大小不受限制的碲及碲化物纳米线阵列的方法及以此等方法制备的碲及碲化物纳米线热电装置。
技术介绍
电力已是现行日常生活中所必需。许多电子器件皆需电力驱动运作。现已具有多种产生电力方式，例如太阳能发电、风力发电、水力发电及核能发电等。基于资源快速耗尽以及绿能环保议题，人们正急于找寻下一世代的电力来源。热电装置已被普遍应用于例如加热/冷却，以及热回收/发电系统。现行如冷冻、空调、工业废热回收、温度控制以及热电发电等应用领域，皆是以热电装置为主体。热电装置的运作乃基于热电效应。热电效应是指将热能转换为电能；或电能转换为热能的一种现象。热电效应基本原理，是一热电材料受到温差时，将生成电动势，进而形成电流而可发电。例如于一以p-型半导体热电材料及n-型半导体热电材料所组成的热电装置中，将通过电子及空穴流过p-型半导体热电材料及n-型半导体热电材料而进行热传递。热电发电机能够在没有其余外力及机械能的状况下，将流失的热能转换成电能，减少能量流失、提高能源利用率并减少热污染。热电材料的效率可由热电优质系数ZT＝S2σT/(κ)定义，其中参数S为赛贝克系数、T为温度、σ为电导率及κ为热传导率。其中热电优质系数ZT中的各参数相互影响，致使难以寻得理想的热电材料。因此一理想的热电材料需具备高电导率以避免电阻引起电功率损失，同时理想的热电材料亦最好具备低热传导率使两端的温差不致因热传导而改变，如此一来可得到最大的热电优质系数。缘此，纳米科技的蓬勃发展为热电材料带来崭新的契机，当材料尺度小至数纳米将使表面原子对非表面原子比例提高，表面效应将大幅显现。此外，于纳米尺度下，材料的电子能阶量化现象将更为显著，此称为量子尺寸效应(Quantumsizeeffect)，因此纳米材料的物理性质与通块材有显著差异。纳米材料具备新的物理性质与介面现象，预期应能突破目前遭热电材料热电转换效率过低的瓶颈，例如于纳米尺度下，材料晶格有利于增加声子的散射频率，热传导率κ因而降低，借此可大幅提高热电转换效率。随着热电材料纳米化，其热电转换效率提高，热电材料应用范围也将更为广泛，举凡于民生工业、医疗业、半导体业等，于未来的应用具极大潜力。此外，例如包括工业热能(如工业高/低阶温差排放热能、废弃物热能、热交换器热能)、交通工具排放热能(如燃油车热能、引擎热能)、环境热能(如太阳热能/温泉地热)以及其他热能(如热水温差热能、住宅器具热能、其他行业热能)所生成的废热可更为有效地被回收利用。据此，市场上仍极需发展能大规模制造具纳米尺度的热电装置的方法。
技术实现思路
本专利技术提供大规模且快速制备热电碲及碲化物纳米材料于导电基材上的方法，以及使用此方法所制成的碲及碲化物纳米线热电装置。透过具备纳米尺度的碲及碲化物纳米线热电材料，可提高电导率及降低热传导率，大幅提高热电转换效率。为达上述目的，本专利技术所提供成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，是用以形成碲及碲化物纳米线热电材料，并制备成热电装置。一实施例中，成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法包含：准备一导电基材；准备包含一碲前驱物及一还原剂的一混合溶液；将该导电基材浸入该混合溶液中；以及令该碲前驱物及该还原剂于该导电基材上反应形成多个碲及碲化物纳米线。上述成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法中，导电基材可为刚性或柔性。上述成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法中，导电基材可为还原活性较强的材料，其材质可包含锂、铷、钾、铯、钡、锶、钙、钠、镁、铝、锰、铍或碳，且导电基材可为纤维状、薄膜状、块状、片状、不规则状、网状或多孔状结构。网状及纤维状的导电基材可包含多个纵横交错排列的基材单元，这些碲及碲化物纳米线环绕形成于各基材单元表面。于上述成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法中，碲前驱物材质可为Te、TeO、TeO2、TeO3、Te2O5、H2TeO3、K2TeO3、Na2TeO3、H2TeO4、K2TeO4、Na2TeO4、H2Te、NaHTe、(NH4)2Te、TeCl4、MezTe、〔Zn(TePh)2(tmeda)〕(tmeda＝N,N,N’,N’-teramethylethylenediamine)、Ph2SbTeR(R＝Et,Ph)。于上述成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法中，所述多个碲及碲化物纳米线可为p-型或n-型热电材料，其材质可包含碲化铋(Bismuthtelluride)、碲化铅(Leadtelluride)、碲化银(Silvertelluride)、碲化汞(Mercurytelluride)、碲化镉(Cadmiumtelluride)、碲化锑(Antimonytelluride)、碲化铷(Rubidiumtelluride)、碲化锰(Manganese(II)telluride)、碲化锌(Zinctelluride)、碲化锂(LithiumTelluride)、碲化铯(Cesiumtelluride)、碲化钾(PotassiumTelluride)、碲化钠(Sodiumtelluride)、碲化氢(Hydrogentelluride)、碲化砷(Arsenic(Ⅲ)telluride)、碲化锗(Germaniumtelluride)、碲化金(Goldtelluride)、碲化铁(Irontelluride)、碲化钯(Palladiumtelluride)、碲化镧(Lanthanumtelluride)、碲化锡(Tintelluride)、碲化铝(Aluminumtelluride)、碲化铕(Europiumtelluride)及其合金。这些碲及碲化物纳米线可于室温或高温下反应形成。上述成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法中，还包含：调变碲前驱物及还原剂的浓度比率进而调变各碲及碲化物纳米线的长度及宽度。于另一实施例中，本专利技术所提供的一碲及碲化物纳米线热电装置，其包含一第一电极、形成于第一电极上的至少一碲及碲化物纳米线阵列以及形成于至少一碲及碲化物纳米线阵列及导电聚合物上的一第二电极。上述碲及碲化物纳米线热电装置中，第一电极材质可为还原活性较强的材料，包含锂、铷、钾、铯、钡、锶、钙、钠、镁、铝、锰、铍或碳，且第一电极可为纤维状、薄膜状、块状、片状、不规则状、网状或多孔状结构。上述碲及碲化物纳米线热电装置中，可包含一p-型碲及碲化物纳米线阵列，以及与p-型碲及碲化物纳米线阵列连接的一n-型碲及碲化物纳米线阵列；或可包含多个依序堆叠的p-型碲及碲化物纳米线阵列以及多个与这些p-型碲及碲化物纳米线阵列交错堆叠的n-型碲及碲化物纳米线阵列。上述碲及碲化物纳米线热电装置中，于至少一碲及碲化物纳米线阵列及第二电极间可包含一导电聚合物，其材质可为polyaniline(PANI)、polythiophene(PTH)、poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)、polyacetylene(P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其是用以形成碲及碲化物纳米线热电材料，并制备成一热电装置，该成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其特征在于包含：准备一导电基材；准备包含一碲前驱物及一还原剂的一混合溶液；将该导电基材浸入该混合溶液中；以及令该碲前驱物及该还原剂于该导电基材上反应形成多个碲及碲化物纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其是用以形成碲及碲化物纳米线热电材料，并制备成一热电装置，该成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其特征在于包含：准备一导电基材；准备包含一碲前驱物及一还原剂的一混合溶液；将该导电基材浸入该混合溶液中；以及令该碲前驱物及该还原剂于该导电基材上反应形成多个碲及碲化物纳米线。2.根据权利要求1所述的成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其特征在于，该导电基材为刚性或柔性。3.根据权利要求1所述的成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其特征在于，该导电基材为纤维状、薄膜状、块状、片状、不规则状、网状或多孔状结构。4.根据权利要求3所述的成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其特征在于，该导电基材为网状或纤维状且包含多个纵横交错排列的基材单元，所述多个碲及碲化物纳米线环绕形成于该导电基材表面。5.根据权利要求1所述的成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其特征在于，该导电基材具有强还原活性，且该导电基材的材质包含锂、铷、钾、铯、钡、锶、钙、钠、镁、铝、锰、铍或碳。6.根据权利要求1所述的成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其特征在于，所述多个碲及碲化物纳米线阵列是被大规模地制备于该导电基材上。7.根据权利要求1所述的成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其特征在于，所述多个碲及碲化物纳米线阵列是于室温下反应形成。8.根据权利要求1所述的成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其特征在于，还包含：调变该碲前驱物及该还原剂的浓度比率进而调变各该碲及碲化物纳米线的长度及宽度。9.根据权利要求1所述的成长碲及碲化物纳米线阵列于导电基材上的方法，其特征在于，该碲前驱物的材质包含Te、TeO、TeO2、TeO3、Te2O5、H2TeO3、K2TeO3、Na2TeO3、H2TeO4、K2TeO4、Na2TeO4、H2Te、NaHTe、(NH4)2Te、TeCl4、MezTe、〔Zn(TePh)2(tmeda)〕(tmeda＝N,N,N’,N’-teramethylethylenediamine)或Ph2SbTeR(R＝Et,Ph)。10.一种碲及碲化物纳米线热电装置，其特征在于，包含：一第一电极；形成于该第一电极上的至少一碲及碲化物纳米线阵列；以及形成于该至少一碲及碲化物纳米线阵列上的一第二电极。11.根据权利要求10所述的碲及碲化物纳米线热电装置，其特征在于，该第一电极为一导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宗宏，周庭楙，李璎纯，饶允婷，
申请(专利权)人：林宗宏，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71