一种Mg3SbBi柔性热电膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种Mg3SbBi柔性热电膜材料及其制备方法，属于热电材料技术领域。采用互相缠绕的单壁碳纳米管作为衬底，片状的Mg3SbBi晶粒附着在单壁碳纳米管上生长，形成二维网状结构；这种特殊结构可以提供导电通道，提高载流子迁移率，从而使得热电膜材料具有高热电性能；此外，由单壁碳纳米管和片状的Mg3SbBi晶粒形成的网状结构，可以有效缓冲应力、应变，从而赋予材料良好的可变形能力。从而赋予材料良好的可变形能力。从而赋予材料良好的可变形能力。

【技术实现步骤摘要】
一种Mg3SbBi柔性热电膜材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及热电材料
，尤其涉及一种Mg3SbBi柔性热电膜材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，电子器件的小型化、集成化有力推动了可穿戴电子设备和用于医疗的植入性电子设备快速发展。电池作为传统供能方式具有需要定期更换和维护等不便性，而热电能量转换技术可以提供一种绿色、稳定、可持续的供能方式，对柔性电子的发展具有深远意义。
[0003]热电能量转换技术依托热电材料/器件实现应用，能够实现热能和电能直接相互转换，在温差发电和制冷方面具有良好的应用前景。热电材料性能通常用无量纲热电优值zT来衡量，其中z代表着热电材料本身的综合热学及电学性质，T则代表材料所使用的环境绝对温度。zT＝S2σT/κ，其中，S是材料的Seebeck系数，σ是电导率，κ是材料的热导率，S2σ为功率因子。
[0004]热电材料近年来发展迅速，一些材料热电优值zT达到2，表现出了良好的应用潜力。但是传统无机热电材料具有本征脆性，不能满足紧密贴合曲率变化的热源表面的要求，使得热源与热电材料/器件之间的热能损失处于较高范围。柔性热电材料具有良好的可变形能力，可以很好地贴合在人体等各种复杂的热源表面，不仅舒适，还可以提高发电效率。然而面对实际应用，柔性热电材料还存在一些问题：如可变形能力差、热电性能有待提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种Mg3SbBi柔性热电膜材料及其制备方法，本专利技术提供的Mg3SbBi柔性热电膜材料不仅具有良好的热电性能，而且表现出优异的可变形能力，有利于推动Mg3SbBi热电材料在柔性电子领域中的应用。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种Mg3SbBi柔性热电膜材料，包括互相缠绕的单壁碳纳米管和附着在所述单壁碳纳米管上的Mg3SbBi晶粒，所述单壁碳纳米管和Mg3SbBi晶粒形成二维网状结构；所述Mg3SbBi晶粒为片状。
[0008]优选的，所述Mg3SbBi晶粒的平面尺寸为200～500nm。
[0009]优选的，所述单壁碳纳米管的直径为20～100nm，长度为微米级。
[0010]本专利技术提供了上述方案所述Mg3SbBi柔性热电膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将单壁碳纳米管的分散液涂覆到衬底上，干燥后得到附着碳纳米管的衬底；
[0012]以Mg3Sb2合金靶和Mg3Bi2合金靶作为溅射靶材，在所述附着碳纳米管的衬底表面进行磁控溅射，在单壁碳纳米管上形成Mg3SbBi晶粒，得到所述Mg3SbBi柔性热电膜材料。
[0013]优选的，所述磁控溅射的条件包括：衬底温度为400～600℃，靶基距为50～90mm，溅射功率为50～100W，溅射时间为30～60min。
[0014]优选的，所述磁控溅射的Ar气压为0.5～2Pa。
[0015]优选的，所述磁控溅射时样品台的转速为10～30r/min。
[0016]优选的，所述磁控溅射前，还包括对附着碳纳米管的衬底表面进行预溅射，所述预溅射的时间为10～30min。
[0017]优选的，所述单壁碳纳米管的分散液由单壁碳纳米管分散到乙二醇中得到。
[0018]优选的，所述Mg3Sb2合金靶的制备包括：将金属Mg和Sb按照Mg:Sb＝3:2的摩尔比混合，依次进行球磨和热压，热压温度为780～800℃，热压时间为5～30min，得到Mg3Sb2合金靶；所述Mg3Bi2合金靶的制备包括：将金属Mg和Bi按照Mg:Bi＝3:2的摩尔比混合，依次进行球磨和热压，热压温度为720～780℃，热压时间为5～30min，得到Mg3Bi2合金靶。
[0019]本专利技术提供了一种Mg3SbBi柔性热电膜材料，采用互相缠绕的单壁碳纳米管作为衬底，片状的Mg3SbBi晶粒附着在单壁碳纳米管上生长，形成二维网状结构；这种特殊结构可以提供导电通道，提高载流子迁移率，从而使得热电膜材料具有高热电性能；此外，由单壁碳纳米管和片状的Mg3SbBi晶粒形成的网状结构，可以有效缓冲应力、应变，从而赋予材料良好的可变形能力。
[0020]本发现提供了上述方案所述Mg3SbBi柔性热电膜材料的制备方法。本专利技术采用单壁碳纳米管作为衬底，利用磁控溅射使Mg3SbBi晶粒在碳纳米管表面形核、长大，形成二维网状结构。这种特殊的网状结构使得热电膜材料既具有良好的热电性能，又具有优异的可变形能力。
[0021]本专利技术制备Mg3SbBi柔性热电膜材料的过程，操作简单，成本低，易于实现工业化生产。
[0022]进一步的，本专利技术采用的Mg3Sb2和Mg3Bi2合金靶，通过球磨和热压法制备，在磁控溅射过程中不易开裂，且沉积的薄膜成分非常均匀。
附图说明
[0023]图1为实施例1制备的Mg3SbBi柔性热电膜材料的XRD图片；
[0024]图2为实施例1制备的Mg3SbBi柔性热电膜材料所用单壁碳纳米管的SEM图片；
[0025]图3为实施例1制备的Mg3SbBi柔性热电膜的SEM图片；
[0026]图4为实施例1制备的Mg3SbBi柔性热电膜材料的Seebeck系数随温度的变化曲线；
[0027]图5为实施例1制备的Mg3SbBi柔性热电膜材料的电导率随温度的变化曲线；
[0028]图6为实施例2制备的Mg3SbBi柔性热电膜材料的Seebeck系数随温度的变化曲线；
[0029]图7为实施例2制备的Mg3SbBi柔性热电膜材料的电导率随温度的变化曲线；
[0030]图8为实施例3制备的Mg3SbBi柔性热电膜材料的Seebeck系数随温度的变化曲线；
[0031]图9为实施例3制备的Mg3SbBi柔性热电膜材料的电导率随温度的变化曲线；
[0032]图10为实施例3制备的Mg3SbBi柔性热电膜材料的电导率比值随弯曲次数的变化曲线。
[0033]图11为对比例1制备的Mg3SbBi热电膜材料的Seebeck系数随温度的变化曲线；
[0034]图12为对比例1制备的Mg3SbBi热电膜材料的电导率随温度的变化曲线。
具体实施方式
[0035]本专利技术提供了一种Mg3SbBi柔性热电膜材料，包括互相缠绕的单壁碳纳米管和附着在所述单壁碳纳米管上的Mg3SbBi晶粒，所述单壁碳纳米管和Mg3SbBi晶粒形成二维网状结构；所述Mg3SbBi晶粒为片状。
[0036]在本专利技术中，所述Mg3SbBi晶粒的平面尺寸优选为200～500nm。在本专利技术中，所述Mg3SbBi是Mg3Sb2和Mg3Bi2的固溶体，本专利技术采用Mg3SbBi，可以有效改善材料能带结构和电性能。
[0037]在本专利技术中，所述单壁碳纳米管的直径优选为20～100nm，长度优选为微米级。相比多壁碳纳米管，单壁碳管的缺陷更少，机械性能和电性能更好。
[0038]本专利技术采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Mg3SbBi柔性热电膜材料，其特征在于，包括互相缠绕的单壁碳纳米管和附着在所述单壁碳纳米管上的Mg3SbBi晶粒，所述单壁碳纳米管和Mg3SbBi晶粒形成二维网状结构；所述Mg3SbBi晶粒为片状。2.根据权利要求1所述的Mg3SbBi柔性热电膜材料，其特征在于，所述Mg3SbBi晶粒的平面尺寸为200～500nm。3.根据权利要求1所述的Mg3SbBi柔性热电膜材料，其特征在于，所述单壁碳纳米管的直径为20～100nm，长度为微米级。4.权利要求1～3任一项所述Mg3SbBi柔性热电膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将单壁碳纳米管的分散液涂覆到衬底上，干燥后得到附着碳纳米管的衬底；以Mg3Sb2合金靶和Mg3Bi2合金靶作为溅射靶材，在所述附着碳纳米管的衬底表面进行磁控溅射，在单壁碳纳米管上形成Mg3SbBi晶粒，得到所述Mg3SbBi柔性热电膜材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的条件包括：衬底温度为400～600℃，靶基距为50～90mm，溅...

【专利技术属性】
技术研发人员：商红静，丁发柱，古宏伟，邹琪，张琳，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：