一种优化硒化银/尼龙柔性复合薄膜热电性能的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种优化硒化银/尼龙柔性复合薄膜热电性能的制备方法，包括以下步骤：(1)以硒纳米线为模板，在40℃下于乙二醇溶剂中与硝酸银反应，分离，得到硒化银纳米结构；(2)再将硒化银纳米结构分散于无水乙醇中，以尼龙滤膜为基底，抽滤，干燥后得到尼龙‑硒化银薄膜；(3)最后，对步骤(2)所得到的尼龙‑硒化银薄膜进行热压处理，即得到目的产物。与现有技术相比，本发明专利技术的方法可以制备高性能的柔性热电薄膜，并以此薄膜制作高输出性能热电器件，为穿戴式电子器件供电。

A method to optimize the thermoelectric properties of silver selenide / nylon flexible composite film

【技术实现步骤摘要】
一种优化硒化银/尼龙柔性复合薄膜热电性能的制备方法
本专利技术属于热电材料制备
，涉及一种优化硒化银/尼龙柔性复合薄膜热电性能的制备方法。
技术介绍
热电材料是一类可以直接实现热能和电能之间相互转换的功能材料。热电材料所制备的热电发电和制冷器件具有结构简单、体积小、无需运动部件、无磨损、无噪音、无污染等优点。热电材料作为环境友好型材料，具有广泛的应用前景。热电材料性能指标一般用无量纲优值ZT进行衡量，其表达式如下：ZT＝α2σT/κ其中：α为Seebeck系数；σ为电导率；κ为热导率；T为热力学温度。对于薄膜材料来说，经常用功率因子PF(PF＝α2σ)来衡量其热电性能。柔性热电材料在近几年受到越来越多的关注并取得了一定的进展，特别是有机热电材料，但是由于有机材料存在空气/热稳定性不佳、不易n型掺杂，热电性能较低等不足，越来越多的关注投向于以柔性材料为衬底支撑无机材料的方法。Ag2Se属于窄禁带半导体(0℃，能隙为0.07eV)，在133℃存在相变。低温相Ag2Se具有正交结构，属于半导体特性，高温相Ag2Se具有立方结构，属于超离子导体。其中，低温相Ag2Se具有高电导率、高塞贝克系数和低的热导率，在室温附近具有优异的热电性能。但是目前制备的大部分Ag2Se材料都是非柔性，限制了其在柔性热电材料上的应用。最近，中国专利CN109293962A中提出了一种制备高热电性能硒化银/尼龙柔性复合薄膜的方法，其在室温下用湿化学的方式合成了均匀的硒化银纳米线(直径约为65nm)，以柔性尼龙滤膜为基底，通过抽滤、热压的方式得到了具有一定柔性的硒化银薄膜。该薄膜在室温下的功率因子可达987μWm-1K-2，是目前报道的n型柔性热电材料中的最高值之一。但是，该薄膜的热电性能和已有的高性能块体硒化银的性能仍有一定差距，原因主要在于三个方面：(1)均匀纳米线的烧结具有挑战性，导致该热压薄膜为多孔结构，致密度较低(相对密度70％)；(2)该薄膜的硒化银晶粒在(00l)方向具有明显的择优取向，而第一性原理计算表明在(00l)，(0l0)，(l00)三个方向中，(00l)方向的硒化银晶粒具有最低的功率因子；(3)该薄膜的载流子浓度没有达到优化。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种优化硒化银/尼龙柔性复合薄膜热电性能的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种优化硒化银/尼龙柔性复合薄膜热电性能的制备方法，包括以下步骤：(1)以硒纳米线为模板，在40℃下于乙二醇溶剂中与硝酸银反应，分离，得到硒化银纳米结构；(2)再将硒化银纳米结构分散于无水乙醇中，以尼龙滤膜为基底，抽滤，干燥后得到尼龙-硒化银薄膜；(3)最后，对步骤(2)所得到的尼龙-硒化银薄膜进行热压处理，即得到目的产物。进一步的，步骤(1)中，所述的硒纳米线通过以二氧化硒为硒源，抗坏血酸为还原剂，合成得到。进一步的，步骤(1)中，硝酸银与硒纳米线的摩尔比为2-4:1。进一步的，步骤(1)中，硒纳米线在乙二醇溶剂中的浓度为10-45mmol/L。进一步的，步骤(1)中，反应的时间为1.5-2.5h。进一步的，步骤(1)中，分离过程具体为：以4000r/min的转速离心2-4min，去除上清液，然后在离心管中分别交替加入乙醇和去离子水，继续以4000r/min的转速离心清洗2-4min，以除去杂质。进一步的，步骤(2)中，尼龙滤膜的孔径为0.22μm。进一步的，步骤(2)中，干燥的温度为60-70℃，时间为10-12h。进一步的，步骤(3)中，热压的工艺条件为：在200-250℃、1-4MPa的压强下热压处理30min。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)先原有的合成硒化银纳米结构的温度从室温提高到40℃，这样，合成的硒化银从原有的均匀的纳米线变为尺度不同的纳米结构，从而使得后续热压处理后的硒化银膜致密且没有择优取向，热电性能大幅提高。(2)制备工艺简单易行且低成本，采用低温、短时间热处理，节能；(3)简单的工艺改进，合成多尺度的硒化银纳米结构，有利于完全烧结成致密的薄膜(相对密度提升至90％)，并且有效调控了硒化银晶粒的择优取向。最终，电导率提高近两倍，从而热电性能也得到近两倍的提高；(4)制备的复合薄膜的无机相与柔性衬底之间有较强的结合力，具有较优的柔性，利于在柔性器件上的使用；附图说明图1为制得的热压硒化银/尼龙柔性复合薄膜的XRD图，其中，HP-40-film代表40℃条件下反应制得的复合薄膜，HP-RT-film代表室温条件下反应制备的复合薄膜；图2为不同温度下制得的热压硒化银/尼龙柔性复合薄膜的热电性能图；图3中，(a)为室温反应制备的均匀硒化银纳米线，(b)为40℃条件下反应制备的多尺度硒化银纳米结构；图4为本专利技术制得的热压硒化银/尼龙柔性复合薄膜的SEM图；图5为本专利技术制得的热压硒化银/尼龙柔性复合薄膜的数码照片图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。以下各实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明所采用的均为本领域的常规市售产品或常规处理技术。实施例1：一种制备高热电性能硒化银(Ag2Se)/尼龙柔性复合薄膜的方法，该方法将20ml硒纳米线(Se)的乙二醇(EG)分散液(45mmol/L)，0.6g硝酸银(AgNO3)和80ml乙二醇加入到烧杯中，40℃下搅拌2h后，以4000r/min的转速离心，提取所得黑色沉淀，在交替加入去离子水和无水乙醇以4000r/min的转速离心3min清洗以除去杂质，离心完毕后将细心清洗后的黑色目标产物分散于15ml无水乙醇中超声分散15min，然后以尼龙滤膜为衬底，真空抽滤获得硒化银/尼龙柔性膜，将获得的膜置于真空干燥箱中以60℃的温度干燥12h。取出膜后对其进行热压，200℃、1MPa热压30min，可获得功率因子约为1882μWm-1K-2的硒化银/尼龙柔性复合薄膜。对比例1与实施例1相比，绝大部分都相同，除了将40℃的搅拌反应温度改为在室温下进行。图1是40℃(即实施例1)和室温下制得的热压硒化银/尼龙柔性复合薄膜的XRD对比图，硒化银的峰能与标准卡片很好的对应起来，且与室温制备的热压复合薄膜对比，40℃制备的热压复合薄膜的峰不再显示出(00l)的取向性，即改变了原来的择优取向。图2是不同温度下制得的热压硒化银/尼龙柔性复合薄膜的热电性能，可以看到40℃反应条件下制备的复合薄膜的电导率较室温制备的复合薄膜的电导率高出近一倍，导致功率因子也提高近一倍。对比例2与实施例1相比，绝大部分都相同，除了将40℃的搅拌反应温度改为在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化硒化银/尼龙柔性复合薄膜热电性能的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)以硒纳米线为模板，在40℃下于乙二醇溶剂中与硝酸银反应，分离，得到硒化银纳米结构；/n(2)再将硒化银纳米结构分散于无水乙醇中，以尼龙滤膜为基底，抽滤，干燥后得到尼龙-硒化银薄膜；/n(3)最后，对步骤(2)所得到的尼龙-硒化银薄膜进行热压处理，即得到目的产物。/n

【技术特征摘要】
1.一种优化硒化银/尼龙柔性复合薄膜热电性能的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以硒纳米线为模板，在40℃下于乙二醇溶剂中与硝酸银反应，分离，得到硒化银纳米结构；
(2)再将硒化银纳米结构分散于无水乙醇中，以尼龙滤膜为基底，抽滤，干燥后得到尼龙-硒化银薄膜；
(3)最后，对步骤(2)所得到的尼龙-硒化银薄膜进行热压处理，即得到目的产物。


2.根据权利要求1所述的一种优化硒化银/尼龙柔性复合薄膜热电性能的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的硒纳米线通过以二氧化硒为硒源，抗坏血酸为还原剂，合成得到。


3.根据权利要求1所述的一种优化硒化银/尼龙柔性复合薄膜热电性能的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硝酸银与硒纳米线的摩尔比为2-4:1。


4.根据权利要求1所述的一种优化硒化银/尼龙柔性复合薄膜热电性能的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硒纳米线在乙二醇溶剂中的浓度为10-45mmol/L。


5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡克峰，蒋聪，丁宇飞，童亮，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31