一种自修复柔性热电复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种自修复柔性热电复合材料及其制备方法与应用，属于自修复柔性热电复合材料及器件领域。本发明专利技术所述自修复柔性热电复合材料包括基底和设于基底上的热电薄膜层；所述基底的制材包括在太阳光下具有自修复功能的聚氨酯；所述热电薄膜层的制材包括碳纳米管和无机化合物半导体纳米材料。本发明专利技术所述自修复柔性热电复合材料在太阳光照射下具有自修复功能，还能够使其具有良好的柔性和热电性能。另外，本发明专利技术还提供了一种采用本发明专利技术所述自修复柔性热电复合材料制备的自修复柔性热电器件，可贴附于不规则曲面热源，并且当器件出现划痕时，可将其置于太阳光照下1～24h进行自修复，具有较好的修复效率。具有较好的修复效率。具有较好的修复效率。

【技术实现步骤摘要】
一种自修复柔性热电复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于自修复柔性热电复合材料及器件领域，具体涉及一种自修复柔性热电复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]在过去的几十年里，柔性电子设备得到了高速发展，并广泛应用于人机交互、状态监测、医疗保健等领域。这些柔性电子设备在工作时，需要供电装置为其供电才能正常运行，而传统的电源不仅刚性而且空间体积大，难以应用于可穿戴电子设备领域，因此发展柔性的供电装置及其重要。
[0003]在众多的供电装置中，柔性热电材料由于具有寿命长、可靠性高、工作时无噪音、无旋转机械设备以及不产生有毒有害物质等的优点，近十几年来备受关注。人体是一个远远不断的能量来源，柔性热电器件应用于可穿戴电子设备领域，利用人体体温与外界环境的温差来实现由热变为电的能量转换，既低碳环保又简单便利。
[0004]然而柔性热电材料在加工和使用过程中难免遭受刮擦等外部机械损伤，如果不能及时发现并予以修复，材料性能就会大幅降低，甚至彻底失效，因此迫切要求材料具有自修复功能，及时修复微损伤，保障材料的长期使用稳定性和可靠性，延长材料的使用寿命。
[0005]目前，聚合物基自修复材料依据修复物质与能量供给的方式可分为外加型和本征型自修复材料两大类。相比与外加型自修复材料，本征型自修复依靠自身化学键(共价键/非共价键)，通过光、热、磁或pH等方式进行物理或化学可逆反应，实现材料微裂纹的反复修复。太阳光自修复的能源供给来自太阳光，环境友好且廉价易得，相比于其它修复方式操作更简单便捷，属于自动修复的范畴。
[0006]因此，设计合成具有类似生物体自修复功能的柔性热电材料及器件具有重要的理论和实际应用价值。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种具有良好的柔性、循环稳定性以及热电性能的自修复柔性热电复合材料，同时能够在太阳光下具有自修复功能，并且本专利技术还提供了一种由其制备的具有较高的稳定性和使用寿命、可贴附于不规则曲面热源并利用温差实现发电的太阳光自修复柔性器件。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种自修复柔性热电复合材料，包括基底和设于基底上的热电薄膜层；
[0010]所述基底的制材包括在太阳光下具有自修复功能的聚氨酯；
[0011]所述热电薄膜层的制材包括碳纳米管和无机化合物半导体纳米材料；
[0012]所述无机化合物半导体纳米材料为P型半导体纳米材料或N型半导体纳米材料；
[0013]所述P型半导体纳米材料为PbTe半导体纳米材料；所述N型半导体材料为Pb
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Bi1‑
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Te半导体纳米材料，其中，0.9＜x＜0.995；
[0014]所述基底与热电薄膜层的厚度之比为(5～500)∶1；
[0015]所述基底的厚度为(50～10000)μm。
[0016]本专利技术的专利技术人研究发现，本专利技术热电薄膜层与特定厚度的在太阳光下具有自修复功能的聚氨酯制备的基底进行复配，能够使得自修复柔性热电复合材料在太阳光的照射下，基底中聚氨酯能够进行自修复，且由于基底与热电薄膜层之间具有较强的黏附功，通过基底的修复闭合能够带动热电薄膜层同时达到自动修复的效果，从而使得自修复柔性热电复合材料具有较好的自修复性能。同时，本专利技术将碳纳米管和特定的无机化合物半导体纳米材料混合制备的薄膜层，还能使自修复柔性热电复合材料具有良好的柔性和热电性能。而基底的厚度较薄时，会导致基底带动上层的作用比较弱，影响自修复柔性热电复合材料的修复性能。
[0017]另外，本专利技术的专利技术人研究发现，与传统的方法中将在太阳光下具有自修复功能的聚氨酯和热电材料混合制备的具有热电性能的自修复聚氨酯材料相比，本专利技术通过将特定厚度之比的基底与热电薄膜层进行复配，能够在减少热电薄膜层的制材用量的情况下，得到导电性能更加优异的自修复柔性热电复合材料，而传统方法中具有热电性能的自修复聚氨酯材料需要加入较多的热电材料才能达到一定的导电性能。同时，本专利技术所述特定结构的自修复柔性热电复合材料，还能够克服传统方法中由于共混导致的不相溶分相以及混合不均匀的问题。
[0018]本专利技术的无机化合物半导体纳米材料为P型半导体纳米材料时，制备得到的热电薄膜层为P型热电薄膜层，由P型热电薄膜层制备的自修复柔性热电复合材料为P型自修复柔性热电复合材料；本专利技术的无机化合物半导体材料为N型半导体纳米材料时，制备得到的热电薄膜层为N型热电薄膜层，由N型热电薄膜层制备的自修复柔性热电复合材料为N型自修复柔性热电复合材料。
[0019]作为本专利技术所述自修复柔性热电复合材料的优选实施方式，所述基底与热电薄膜层的厚度之比为(10～250)∶1。
[0020]本专利技术的专利技术人对基底与热电薄膜层的厚度之比进行大量的试验研究发现，采用本专利技术上述厚度之比制备得到的自修复柔性热电复合材料能够更好地实现其自修复性能，使得自修复柔性热电复合材料在室温下被划伤后经过太阳光照射后具有更高的修复效率和更快速的自修复性能。
[0021]作为本专利技术所述自修复柔性热电复合材料的优选实施方式，所述热电薄膜层的制材中，碳纳米管的重量份为5～95份，无机化合物半导体纳米材料的重量份为5～95份。
[0022]本专利技术的专利技术人研究发现，本专利技术所述碳纳米管和无机化合物半导体纳米材料在上述重量份范围内制备的热电薄膜层，能够使得自修复柔性热电复合材料具有较好的电导率，且具有较高的塞贝克系数，使自修复柔性热电复合材料具有较好的热电性能。而碳纳米管的用量较少时，虽然能够提高材料的塞贝克系数，但是会导致电导率下降，从而降低了材料的热电性能，从而影响材料的功率因子和输出功率。而碳纳米管的用量较多或不合无机化合物半导体纳米材料时，由于没有无机化合物半导体纳米材料与碳纳米管之间的电子传输作用，使得纯碳纳米管制备的热电薄膜层的塞贝克系数降低，从而降低热电复合材料的功率因子。
[0023]作为本专利技术所述自修复柔性热电复合材料的更优选实施方式，所述无机化合物半导体纳米材料为N型半导体纳米材料，所述热电薄膜层的制材还包括聚乙烯亚胺，所述聚乙烯亚胺的重量份为1～20份。
[0024]本专利技术的专利技术人研究发现，当无机化合物半导体纳米材料为N型半导体纳米材料时，热电薄膜层在制备过程中还可以添加一定质量的聚乙烯亚胺，能够有效提高自修复柔性热电复合材料的修复效率和热电性能。
[0025]作为本专利技术所述自修复柔性热电复合材料的优选实施方式，所述无机化合物半导体纳米材料为P型半导体纳米材料，所述热电薄膜层的制材中，碳纳米管的重量份为50份，无机化合物半导体纳米材料的重量份为50份；
[0026]所述无机化合物半导体纳米材料为N型半导体纳米材料，所述热电薄膜层的制材中，碳纳米管的重量份为30份，无机化合物半导体纳米材料的重量份为70份。
[0027]本专利技术的专利技术人研究发现，本专利技术碳纳米管和无机化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自修复柔性热电复合材料，其特征在于，所述自修复柔性热电复合材料包括基底和设于基底上的热电薄膜层；所述基底的制材包括在太阳光下具有自修复功能的聚氨酯；所述热电薄膜层的制材包括碳纳米管和无机化合物半导体纳米材料；所述无机化合物半导体纳米材料为P型半导体纳米材料或N型半导体纳米材料；所述P型半导体纳米材料为PbTe半导体纳米材料；所述N型半导体纳米材料为Pb
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Bi1‑
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Te半导体纳米材料，其中，0.9＜x＜0.995；所述基底与热电薄膜层的厚度之比为(5～500)∶1；所述基底的厚度为(50～10000)μm。2.如权利要求1所述的自修复柔性热电复合材料，其特征在于，所述基底与热电薄膜层的厚度之比为(10～250)∶1。3.如权利要求1所述的自修复柔性热电复合材料，其特征在于，所述热电薄膜层的制材中，碳纳米管的重量份为5～95份，无机化合物半导体纳米材料的重量份为5～95份。4.如权利要求3所述的自修复柔性热电复合材料，其特征在于，所述无机化合物半导体纳米材料为N型半导体纳米材料，所述热电薄膜层的制材还包括聚乙烯亚胺，所述聚乙烯亚胺的重量份为1～20份。5.如权利要求1所述的自修复柔性热电复合材料，其特征在于，所述P型半导体纳米材料的制备原料包括以下组分：草酸铅、亚碲酸钠、氢氧化钠、乙二醇和分散剂；所述草酸铅、亚碲酸钠、氢氧化钠和乙二醇的物质的量之比为草酸铅∶亚碲酸钠∶氢氧化钠∶乙二醇＝(1～5)∶(1～5)∶(20～200)∶(100～8000)。6.如权利要求1所述的自修复柔性热电复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：章明秋，宋艺曦，容敏智，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：