一种SnSe/Ti3C2T制造技术

本发明专利技术涉及一种SnSe/Ti3C2T

【技术实现步骤摘要】
一种SnSe/Ti3C2T
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热电复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于热电能源转换材料领域，具体涉及一种高热电性能SnSe/Ti3C2T
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热电复合材料及其可控制备方法。

技术介绍

[0002]热电技术可以通过材料中载流子的输运，实现热能与电能之间的相互转换，是绿色清洁能源研究前沿之一。由热电材料制备的热电器件具有体积小、质量轻、寿命长、无噪音、可靠性强等优势，在汽车尾气废热、工业余热等热能发电、航空航天探测器的电能供给以及热电固态制冷等领域极具应用前景。
[0003]无量纲热电优值(zT)是衡量热电材料能量转化效率的重要指标，关系式为：zT＝S2σT/κ，其中S为Seebeck系数，σ为电导率，S2σ为功率因子，T为绝对温度，κ为热导率(包含载流子热导率κ
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和晶格热导率κ
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)。自2014年美国西北大学Kanatzidis团队在Science上报道了单晶SnSe的高热电优值后，引起了世界范围内研究者的关注。SnSe拥有能量差异小的多重价带，使其具有较高的Seebeck系数；此外，SnSe作为一种典型的层状结构材料，其层状结构以及晶胞中Sn
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Se键长短不一，均会产生强烈的非谐振效应，将会散射声子，使其具有较低的晶格热导率；这种层状结构还会使电、热输运具有强烈的各向异性。与传统Pb基中温区材料相比，SnSe具有环境友好、储量丰富、成本低、安全性高等优势，是一种极具应用潜力的新型中温区热电材料。单晶SnSe的制备成本较高，合成条件较为苛刻，且易沿着层间解理，导致机械性能差。
[0004]因此，具有优异力学性能、制备相对简便的多晶SnSe成为目前研究的重要目标。然而，多晶SnSe的本征载流子浓度较低，且存在的大量晶界阻碍了载流子迁移，限制了其发展，因此如何提升多晶SnSe的热电性能得到广泛关注。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术要解决的技术问题是：提供一种能够同时优化SnSe的热电性能和力学性能的方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种SnSe/Ti3C2T
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热电复合材料，其中Ti3C2T
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的质量分数y＝0.1～1wt％。
[0007]所述Ti3C2T
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的质量分数y＝0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％或1wt％。
[0008]一种SnSe/Ti3C2T
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热电复合材料的制备方法，制备上述的SnSe/Ti3C2T
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热电复合材料，包括如下步骤：
[0009]S1:取Ti3C2T
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分散于去离子水中，配置成质量浓度为0.04～0.4mg/mL的溶液A。
[0010]S2:将NaOH与SnCl2·
2H2O按照摩尔比为7.5:1～15:1依次加入A中，在400～800r/min的搅拌速率下充分反应，并在氩气气氛下加热搅拌至沸腾，得到溶液B。
[0011]S3:预先按照Se与NaBH4摩尔比为1:2～1:3加入去离子水中，制备与S2中的Na2SnO2同物质的量的NaHSe溶液。具体的，Se与NaBH4摩尔比为1:2～1:3加入去离子水中，在800r/
min速率下搅拌20
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40min，得到溶液C。
[0012]S4:将溶液C注射到沸腾的溶液B中，保持S2中搅拌速率并在沸腾温度下反应1～3h。
[0013]S5:当S4反应停止并冷却至室温后，将反应溶液进行抽滤收集；随后真空干燥，干燥温度为40～80℃，干燥时间为12～36h。
[0014]将S5得到的粉末进行放电等离子体火花烧结得到致密块体，即SnSe/Ti3C2T
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热电复合材料，烧结温度为500～600℃、保温时间为3～8min，压力为30～50MPa。
[0015]作为改进，所述S2中NaOH与SnCl2·
2H2O的摩尔比为10:1，搅拌速度为600r/min。
[0016]作为改进，所述S3中Se与NaBH4的摩尔比为1:2.6，Se与所述S2中SnCl2·
2H2O的物质的量相同，搅拌速度为800r/min，反应时间为30min。
[0017]作为改进，所述S4中反应时间为2h。
[0018]作为改进，所述S5中干燥温度为60℃，干燥时间为24h。
[0019]作为改进，所述S6中烧结温度为580℃、保温时间为5min，压力为40MPa。
[0020]相对于现有技术，本专利技术至少具有如下优点：
[0021]1.本专利技术方法通过可控调节Ti3C2T
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的用量制备SnSe/Ti3C2T
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复合材料，不仅可以优化载流子浓度以及迁移率，还能增强声子散射，是一种能够协同优化SnSe材料热、电输运性能的策略。
[0022]2.本专利技术采用水相溶液化学法实现SnSe与Ti3C2T
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的原位复合，该合成方法温度低、操作简便、合成装置简单、且以水作为溶剂，在低温常压下即可制得SnSe/Ti3C2T
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复合材料。
[0023]3.本专利技术创造实施的Ti3C2T
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复合增加了SnSe材料室温附近的载流子浓度和迁移率，提升了材料低中温区电导率；同时，SnSe/Ti3C2T
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异质界面加剧了声子散射，使晶格热导率明显降低；最终，电、热输运性能的协同优化使SnSe/Ti3C2T
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复合材料在773K时达到最大zT值，为0.93，比同温度下SnSe的zT值(0.56)提升了66％。同时，由于Ti3C2T
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第二相的存在，使SnSe/Ti3C2T
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复合材料的抗压强度达到87.8MPa，相较于纯相提高了12.6MPa。
附图说明
[0024]图1为SnSe/Ti3C2T
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y(y＝0.1,0.3,0.5,1wt％)复合块体样品的XRD图谱。
[0025]图2为SnSe/Ti3C2T
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0.3块体的断面SEM图。
[0026]图3为SnSe/Ti3C2T
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0.3块体的EPMA表征：(a)背散射电子像，(b)对应的Ti的波谱图。
[0027]图4为SnSe/Ti3C2T
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0.3块体的TEM
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EDS结果：(a)HAADF
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STEM图，(b)Sn、Se、Ti和C元素的面分布图。
[0028]图5为SnSe/Ti3C2T
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y(y＝0.1,0.3,0.5,1wt％)块体的热电输运性能随温度的变化关系：(a)电导率，(b)Seebeck系数，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SnSe/Ti3C2T
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热电复合材料，其特征在于：其中Ti3C2T
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的质量分数y＝0.1～1wt％。2.如权利要求1所述的SnSe/Ti3C2T
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热电复合材料，其特征在于：所述Ti3C2T
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的质量分数y＝0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％或1wt％。3.一种SnSe/Ti3C2T
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热电复合材料的制备方法，其特征在于：制备权利要求1或2所述的SnSe/Ti3C2T
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热电复合材料，包括如下步骤：S1:取Ti3C2T
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分散于去离子水中，配置成质量浓度为0.04～0.4mg/mL的溶液A；S2:将NaOH与SnCl2·
2H2O按照摩尔比为7.5:1～15:1依次加入A中，在400～800r/min的搅拌速率下充分反应，并在氩气气氛下加热搅拌至沸腾，得到溶液B；S3:预先按照Se与NaBH4摩尔比为1:2～1:3加入去离子水中，制备与S2中的Na2SnO2同物质的量的NaHSe溶液，得到溶液C；S4:将溶液C注射到沸腾的溶液B中，保持S2中搅拌速率并在沸腾温度下反应1～3h；S5:当S4反应停止并冷却至室温后，将反应溶液进行抽滤收集；随后真空干燥，干燥温度为40～80℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩广，张虹，周小元，陈瑶，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：