一种碲化铋复合热电长带及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碲化铋复合热电长带及其制备方法，属于热电功能涂层技术领域。本发明专利技术提供的碲化铋复合热电长带的制备方法，包括以下步骤：(1)将Bi(NO3)3·

【技术实现步骤摘要】
一种碲化铋复合热电长带及其制备方法


[0001]本专利技术涉及热电功能涂层
，尤其涉及一种碲化铋复合热电长带及其制备方法。

技术介绍

[0002]热电材料是实现热能和电能直接转换的材料，可用于温差发电和通电制冷。Bi2Te3基化合物是室温性能最好的热电材料。经过几十年的研究，块体Bi2Te3基材料的热电优值一直徘徊在1左右。随着纳米技术的兴起，近年来有关在低维材料中取得高热电优值的报道不断出现。将材料的晶粒细化到纳米级或在材料内部添加纳米级第二相粒子并降低材料维数，可以增加对载流子和声子的散射，提高Seebeck系数，降低热导率，提高热电性能。
[0003]Bi2Te3系热电薄膜材料的维数比块体材料的低，一方面维数的降低会形成界面散射效应降低材料的热导率，增大材料的ZT值；当薄膜厚度在纳米量级时还能产生量子禁闭效应提高材料的功率因子。另一方面，低维热电材料具有高的响应速度(其响应速度是块体材料的23000倍)、高的冷却和加热性能、高能量密度和小型静态局域化的能力。因此，热电薄膜是近年来的研究热点。
[0004]目前一些溅射法和化学溶液法能够制备出Bi2Te3热电薄膜，但都是采用静态方式，所制备的样品尺寸只有几个厘米，尺寸非常小，难以真正应用。如中国专利CN103060750A采用磁控溅射法成功制备了热电薄膜，但该专利中制备的热电薄膜的尺寸为几厘米，制备效率低，难以宏量制备。
[0005]因此，提供一种工可以制备大尺寸高性能热电薄膜的制备方法，成为本领域亟待解决的技术问题。
专利技术内容
[0006]本专利技术的目的在于提供一种碲化铋复合热电长带及其制备方法，本专利技术提供的碲化铋复合热电长带长达50～100m，热电薄膜的尺寸大，同时涂层的致密性好且晶粒尺寸小。
[0007]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：
[0008]本专利技术提供了一种碲化铋复合热电长带的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3与乙二醇混合，然后调节pH值为7.5～8.5，得到混合溶液；
[0010](2)向所述步骤(1)得到的混合溶液中加入碳纳米管和乙二醇，混合后得到复合热电薄膜前驱液；
[0011](3)在聚酰亚胺衬底上涂覆所述步骤(2)得到的复合热电薄膜前驱液，然后依次进行成相热处理和退火处理，得到碲化铋复合热电长带。
[0012]优选地，所述步骤(1)中Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3的摩尔比为(1.5～2.5)：3。
[0013]优选地，所述步骤(1)混合溶液中Bi(NO3)3·
5H2O的浓度≤0.03mol/L。
[0014]优选地，所述步骤(1)中调节pH值的方式为加入氢氧化钠。
[0015]优选地，所述步骤(2)中碳纳米管为单壁碳纳米管。
[0016]优选地，所述步骤(2)中碳纳米管的用量与步骤(1)中Bi(NO3)3·
5H2O的质量比为(1～2)：5。
[0017]优选地，所述步骤(2)中混合的方式为水浴中超声分散。
[0018]优选地，所述步骤(3)中成相热处理的保温温度为400～500℃，成相热处理的保温时间为2～4h。
[0019]优选地，所述步骤(3)中退火处理的温度为150～250℃，退火处理的时间为30～90min。
[0020]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的碲化铋复合热电长带。
[0021]本专利技术提供了一种碲化铋复合热电长带的制备方法，包括以下步骤：(1)将Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3与乙二醇混合，然后调节pH值为7.5～8.5，得到混合溶液；(2)向所述步骤(1)得到的混合溶液中加入碳纳米管和乙二醇，混合后得到复合热电薄膜前驱液；(3)在聚酰亚胺衬底上涂覆所述步骤(2)得到的复合热电薄膜前驱液，然后依次进行成相热处理和退火处理，得到碲化铋复合热电长带。本专利技术以Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3作为原料，通过先制备成复合热电薄膜前驱液，然后将其涂覆在聚酰亚胺衬底上，可以制备得到大尺寸热电薄膜，通过成相热处理可以使Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3反应生成Bi2Te3，而退火处理可以控制材料的结晶状态，消除组织缺陷，同时可以提高材料均匀性，消除内应力，从而得到了致密性好且晶粒尺寸小的Bi2Te3。实施例的结果显示，本专利技术提供的制备方法制备的碲化铋复合热电长带的尺寸达到50～100m，且碲化铋复合热电长带上的Bi2Te3具有层状结构，晶粒平面尺寸在0.5～1μm的范围内。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1制备得到的碲化铋复合热电长带的SEM图；
[0023]图2为本专利技术实施例2制备得到的碲化铋复合热电长带的SEM图；
[0024]图3为本专利技术实施例3制备的碲化铋复合热电长带中电导率随温度的变化关系；
[0025]图4为本专利技术实施例3制备的碲化铋复合热电长带中赛贝克系数随温度的变化关系；
[0026]图5为对实施例3制备的碲化铋复合热电长带中Bi2Te3涂层的功率因子随温度的变化关系；
[0027]图6为本专利技术制备碲化铋复合热电长带时所用的放卷装置的实物图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种碲化铋复合热电长带的制备方法，包括以下步骤：
[0029](1)将Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3与乙二醇混合，然后调节pH值为7.5～8.5，得到混合溶液；
[0030](2)向所述步骤(1)得到的混合溶液中加入碳纳米管和乙二醇，混合后得到复合热电薄膜前驱液；
[0031](3)在聚酰亚胺衬底上涂覆所述步骤(2)得到的复合热电薄膜前驱液，然后依次进行成相热处理和退火处理，得到碲化铋复合热电长带。
[0032]在本专利技术中，如无特殊说明，所用的原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
[0033]本专利技术将Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3与乙二醇混合，然后调节pH值为7.5～8.5，得到混合溶液。
[0034]在本专利技术中，所述Bi(NO3)3·
5H2O的纯度优选≥99％；所述Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3的摩尔比优选为(1.5～2.5)：3，更优选为2：3。本专利技术通过控制Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3的摩尔比，可以使其反应生成所需的Bi2Te3材料，同时降低杂质的含量(即反应后剩余的Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3)，从而进一步提高碲化铋复合长带表面的致密性。
[0035]在本专利技术中，所述混合溶液中Bi(NO3)3·
5H2O的浓度优选≤0.03mol/L，更优选为0.01～0.03mol/L，进一步优选为0.02～3mol/L。本专利技术通过控制Bi(NO3)3·
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碲化铋复合热电长带的制备方法，包括以下步骤：(1)将Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3与乙二醇混合，然后调节pH值为7.5～8.5，得到混合溶液；(2)向所述步骤(1)得到的混合溶液中加入碳纳米管和乙二醇，混合后得到复合热电薄膜前驱液；(3)在聚酰亚胺衬底上涂覆所述步骤(2)得到的复合热电薄膜前驱液，然后依次进行成相热处理和退火处理，得到碲化铋复合热电长带。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中Bi(NO3)3·
5H2O和Na2TeO3的摩尔比为(1.5～2.5)：3。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)混合溶液中Bi(NO3)3·
5H2O的浓度≤0.03mol/L。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁发柱，古宏伟，商红静，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：