CN108565331A - 一种热电材料 - Google Patents
一种热电材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108565331A CN108565331A CN201810363882.6A CN201810363882A CN108565331A CN 108565331 A CN108565331 A CN 108565331A CN 201810363882 A CN201810363882 A CN 201810363882A CN 108565331 A CN108565331 A CN 108565331A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thermoelectric material
- preparation
- polyimide film
- temperature
- sputtering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/85—Thermoelectric active materials
- H10N10/856—Thermoelectric active materials comprising organic compositions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/85—Thermoelectric active materials
- H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
- H10N10/852—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种热电材料及其制造工艺,具体是一种聚酰亚胺Bi2Te3热电薄膜复合材料及其制备方法。本发明制备的热电材料尺度小,热电性能好。
Description
技术领域
本发明涉及增热电材料领域,尤其涉及一种纳米热电材料及其制造工艺。
背景技术
温差是自然界经常存在的现象。热电效应是指当物体两端温度不同时,物体中的载流子将顺着温度梯度由高温区向低温区扩散,致使低温区的载流子数目逐渐多于高温区,从而建立内建电场。热电材料是一种能够降温差转变为电势差的材料,从而将温差变成一种资源。例如,生产生活中很多的余热能够用来发电,人体与外界的温差也能够用来发电。因此,人们随时随地都有可以利用的电源。与传统发电、制冷设备相比,利用热电效应及其逆效应制成的设备具有取用方便、设备简单、无噪声 ( 无机械传动 )、无污染 ( 不用液态或气态工质,如氟利昂 ) 等诸多优点。中国发明专利CN 101931043 A提供了一种具有柔性且热电转换效率较高的热电转换材料,所述热电转换材料包括一碳纳米管结构及一导电聚合物层。 该碳纳米管结构包括多个碳纳米管,所述导电聚合物层包覆在所述碳纳米管的表面。
中国发明专利CN 102557448 A提供了一种仅使希望的结晶选择性地析出的热电转换材料。 在V系玻璃中使 MxV2O5结晶选择性地析出 (M :Fe、Sb、Bi、W、Mo、Mn、Ni、Cu、Ag、碱金属、碱土金属的任一种金属元素,0 < x < 1)。
中国发明专利CN 104885241 A公开了一种具有优异性能的热电转换材料。该热电材料包含 Cu 和 Se,其中包含 Cu原子和 Se 原子的晶体在特定温度下同时具有多个不同的晶体结构。
中国发明专利CN 107737921 A提供了一种热电材料及其制备方法,通过含有Ni2+的化学镀液对Cu2SnSe3热电粉末进行包覆,还原后得到具有Ni镀层的Cu2SnSe3-Ni复合粉体,然后经过压制和两步加热烧结步骤,得到块状热电材料,加工时间短,制备量大,粉体包覆均匀,处理工艺简单,设备成本较低,适合规模化生产,所得热电材料热导率低、电导率高,ZT值有明显提升。
然而,当前的热电材料普遍存在热电效应弱、电压低的问题,限制了其应用。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于提供一种热电材料及其制造工艺,以推动热电材料的产业化。本发明的目的是提供一种聚酰亚胺/Bi2Te3热电薄膜复合材料及其制备方法。
本发明的技术方案及具体制备过程如下:
(1)将四酸二酐、有机二胺加入溶剂中,制备聚酰胺酸溶液;所述溶剂为非质子溶液;
(2)在温度为10-40℃、相对湿度为20-80%条件下,将聚酰胺酸溶液真空脱气后,将上述聚酰胺酸溶液涂覆到基材上,然后放置入乙醇的水溶液中;所述基材包含但不限于玻璃、不锈钢;
(3)将多孔膜在温度为200℃以下的环境中干燥;
(4)将上述聚酰胺酸膜的升温到300℃以上的温度亚胺化,得到多孔的聚酰亚胺膜;
(5)将聚酰亚胺膜进行超声清洗。
(6)将清洁处理后的聚酰亚胺膜置于磁控溅射样品室,溅射Bi2Te3;所用溅射靶材为块体Bi2Te3,溅射真空度高于1× 10-3Pa,工作气体为0.4~0.8Pa的高纯氩气,样品室温度为100℃~150℃,沉积功率为10~20W,样品支架旋转速度为60~100转/分钟。在溅射过程中,会有大量的Bi2Te3的晶体生长于薄膜内部,并且其尺寸受薄膜内孔隙的限制。这样能够保证材料的纳米尺度。
作为优选, 聚酰亚胺膜的孔径小于100纳米,进一步优选为50纳米以下。
作为优选,四酸二酐、有机二胺的比例为1:0.95~0.95:1,进一步优选为1:0.99~0.99:1。
作为优选,聚酰胺酸溶液的固含量为8-20%。
作为优选,聚酰胺酸的黏度控制在500~50000cp范围。
作为优选,聚酰亚胺薄膜的厚度小于20微米。
作为优选,聚酰亚胺表面的Bi2Te3膜厚小于100纳米。
有益的效果:
1.本发明可以制备纳米级尺寸的热电材料。因为嵌入聚酰亚胺膜内的热电材料的尺度受聚酰亚胺膜的孔限制,很容易做到100纳米以下。热电材料的性能与其晶粒尺寸直接相关。热电材料尺寸的减小,会带来纳米尺度效应,改变了材料费米能级附近的电子能态密度,大大增加材料的Seebeck系数,提高薄膜材料热电性能。
2.聚酰亚胺材料是良好的绝缘材料,使整个复合材料的热电性能相对于纯热电材料有大幅度的提升。并且聚酰亚胺具有优良的耐热性能、机械性能、耐电压性能,非常适合作为热电材料的基底。
3.聚酰亚胺作为载体具备良好的柔性与抗弯折性能,非常适合作为柔性能源材料应用于微型换能器件或传感器领域。
4.由于聚酰亚胺膜的孔径较容易调控,因此可以较容易调控热电材料的尺度。
为了便于理解本发明,下面提供实施例用于解释本发明,但它们不构成对本发明的限定。
具体实施方式
下面通过结合实施例详细描述本发明。
实施例1
(1)将4,4’-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐以1:1的摩尔比加入到300毫升DMAC中,固含量8%,在20摄氏度下搅拌反应6小时,得到粘稠状聚酰胺酸溶液混合物,黏度5250cp。
(2)在20摄氏度环境下,将混合物真空脱气1小时,在相对湿度50%条件下,将混合物涂覆到不锈钢上,然后放置到乙醇的水溶液中(乙醇体积含量40%),浸泡20分钟,然后在60摄氏度干燥10分钟,然后转到每分钟升温5摄氏度的炉子中,升温到300摄氏度,保温30分钟,得到聚酰亚胺多孔膜。
采用压汞法测量多孔膜的平均孔径为83纳米,孔隙率35%。用厚度仪测得膜厚12微米。
(3)将聚酰亚胺膜进行超声清洗。
(4)将清洁处理后的聚酰亚胺膜置于磁控溅射样品室,溅射Bi2Te3;真空度6× 10-4Pa,工作气体为0.4的高纯氩气,样品室温度为100℃℃,沉积功率为10W,样品支架旋转速度为60转/分钟;当膜厚达到60纳米时,停止溅射。
(5)采用NetzschABA-458仪器测量复合材料的热电系数为512μV/K。
实施例2
(1)将4,4’-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐以1:1的摩尔比加入到1000毫升DMAC中,固含量15%,在20摄氏度下搅拌反应6小时,得到粘稠状聚酰胺酸溶液混合物,黏度12200cp。
(2)在20摄氏度、相对湿度50%条件下,将混合物真空脱气1小时,将混合物涂覆到不锈钢上,然后放置到乙醇的水溶液中(乙醇体积含量60%),浸泡20分钟,然后在80摄氏度干燥10分钟,然后转到每分钟升温5摄氏度的炉子中,升温到320摄氏度,保温30分钟,得到聚酰亚胺多孔膜。
采用压汞法测量多孔膜的平均孔径为56纳米,孔隙率32%。用厚度仪测得膜厚15微米。
(3)将聚酰亚胺膜进行超声清洗。
(4)将清洁处理后的聚酰亚胺膜置于磁控溅射样品室,溅射Bi2Te3;真空度2× 10-4Pa,工作气体为0.8Pa的高纯氩气,样品室温度为150℃,沉积功率为20W,样品支架旋转速度为100转/分钟;当膜厚达到50纳米时,停止溅射。
(5)采用NetzschABA-458仪器测量复合材料的热电系数为586μV/K。
实施例3
(1)将4,4’-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐以1:1的摩尔比加入到1000毫升DMAC中,固含量18%,在20摄氏度下搅拌反应6小时,得到粘稠状聚酰胺酸溶液混合物,黏度20400cp。
(2)在20摄氏度、相对湿度50%条件下,将混合物真空脱气1小时,将混合物涂覆到不锈钢上,然后放置到乙醇的水溶液中(乙醇体积含量40%),浸泡20分钟,然后在60摄氏度干燥10分钟,然后转到每分钟升温5摄氏度的炉子中,升温到300摄氏度,保温60分钟,得到聚酰亚胺多孔膜。
采用压汞法测量多孔膜的平均孔径为45纳米,孔隙率30%。用厚度仪测得膜厚8微米。
(3)将聚酰亚胺膜进行超声清洗。
(4)将清洁处理后的聚酰亚胺膜置于磁控溅射样品室,溅射Bi2Te3;真空度3× 10-4Pa,工作气体为0.6Pa的高纯氩气,样品室温度为120℃,沉积功率为15W,样品支架旋转速度为80转/分钟;当膜厚达到40纳米时,停止溅射。
(5)采用NetzschABA-458仪器测量复合材料的热电系数为631μV/K。
从实施例可以看出,本发明由于采用了多孔膜作为模板,采用磁控溅射制备纳米级的热电复合材料,其热点系数大大高于当前的其他热电材料(一般为100~350μV/K),具有极大的技术突破,可望应用于余热/温差发电。
以上所述仅是本发明实施方式的一些例子,应当指出:对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种热电材料,其特征在于:该热电材料是一种复合材料,由聚酰亚胺薄膜与Bi2Te3构成。
2.一种如权利要求1所述的热电材料,其特征在于:所述聚酰亚胺薄膜为多孔膜。
3.一种如权利要求1所述的热电材料,其特征在于:所述聚酰亚胺薄膜的孔径小于100纳米。
4.一种如权利要求1所述的热电材料,其特征在于:所述聚酰亚胺薄膜厚度小于20微米。
5.一种如权利要求1所述的热电材料,其特征在于:其制备方法包括如下: 将清洁处理后的聚酰亚胺膜置于磁控溅射样品室,所用溅射靶材为块体Bi2Te3,选择合适的溅射真空度、样品室温度与工作气体进行溅射沉积,沉积功率为10~20W,样品支架旋转速度为60~100转/分钟。
6.一种如权利要求1或5所述的热电材料,其特征在于:所述的聚酰亚胺膜的制备方法包括如下步骤:
(1)将四酸二酐、有机二胺加入溶剂中,制备聚酰胺酸溶液;所述溶剂为非质子溶液;
(2)在温度为10-40℃、相对湿度为20-80%条件下,将聚酰胺酸溶液真空脱气后,将上述聚酰胺酸溶液涂覆到基材上,然后放置入乙醇的水溶液中;所述基材包含但不限于玻璃、不锈钢;
(3)将多孔膜在温度为200℃以下的环境中干燥;
(4)将上述聚酰胺酸膜的升温到300℃以上的温度亚胺化,得到多孔的聚酰亚胺膜;
(5)将聚酰亚胺膜进行超声清洗。
7.一种如权利要求5所述的热电材料的制备方法,其特征在于:所述溅射真空度高于1× 10-3Pa。
8.一种如权利要求5所述的热电材料的制备方法,其特征在于:所述工作气体为0.4~0.8Pa的高纯氩气。
9.一种如权利要求5所述的热电材料的制备方法,其特征在于:所述样品室温度为100℃~150℃。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810363882.6A CN108565331A (zh) | 2018-04-22 | 2018-04-22 | 一种热电材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810363882.6A CN108565331A (zh) | 2018-04-22 | 2018-04-22 | 一种热电材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108565331A true CN108565331A (zh) | 2018-09-21 |
Family
ID=63536137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810363882.6A Pending CN108565331A (zh) | 2018-04-22 | 2018-04-22 | 一种热电材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108565331A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113248767A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-13 | 苏州鸿凌达电子科技有限公司 | 一种耐折弯的热电薄膜及其制备方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102516582A (zh) * | 2011-12-21 | 2012-06-27 | 桂林电器科学研究院 | 多孔化聚酰亚胺薄膜的制造方法 |
CN102844362A (zh) * | 2010-04-07 | 2012-12-26 | 宇部兴产株式会社 | 多孔质聚酰亚胺膜及其制造方法 |
CN103509186A (zh) * | 2012-06-27 | 2014-01-15 | 比亚迪股份有限公司 | 一种聚酰胺酸溶液、其制备方法、聚酰亚胺溶液、聚酰亚胺多孔膜及锂离子电池 |
CN103597016A (zh) * | 2011-06-06 | 2014-02-19 | 日东电工株式会社 | 聚酰亚胺多孔体及其制造方法 |
CN103965503A (zh) * | 2014-05-07 | 2014-08-06 | 哈尔滨工业大学 | 一种聚酰亚胺薄膜的制备方法 |
CN104177639A (zh) * | 2014-09-09 | 2014-12-03 | 北京航空航天大学 | 一种高效隔热聚酰亚胺薄膜及其制备方法 |
CN104701449A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-06-10 | 国家电网公司 | 一种柔性热电薄膜器件 |
-
2018
- 2018-04-22 CN CN201810363882.6A patent/CN108565331A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102844362A (zh) * | 2010-04-07 | 2012-12-26 | 宇部兴产株式会社 | 多孔质聚酰亚胺膜及其制造方法 |
CN103597016A (zh) * | 2011-06-06 | 2014-02-19 | 日东电工株式会社 | 聚酰亚胺多孔体及其制造方法 |
CN102516582A (zh) * | 2011-12-21 | 2012-06-27 | 桂林电器科学研究院 | 多孔化聚酰亚胺薄膜的制造方法 |
CN103509186A (zh) * | 2012-06-27 | 2014-01-15 | 比亚迪股份有限公司 | 一种聚酰胺酸溶液、其制备方法、聚酰亚胺溶液、聚酰亚胺多孔膜及锂离子电池 |
CN103965503A (zh) * | 2014-05-07 | 2014-08-06 | 哈尔滨工业大学 | 一种聚酰亚胺薄膜的制备方法 |
CN104177639A (zh) * | 2014-09-09 | 2014-12-03 | 北京航空航天大学 | 一种高效隔热聚酰亚胺薄膜及其制备方法 |
CN104701449A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-06-10 | 国家电网公司 | 一种柔性热电薄膜器件 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
KATO KUNIHISA, ET AL: "Fabrication of a Flexible Bismuth Telluride Power Generation Module Using Microporous Polyimide Films as Substrates", 《JOURNAL OF ELECTRONIC MATERIALS》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113248767A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-13 | 苏州鸿凌达电子科技有限公司 | 一种耐折弯的热电薄膜及其制备方法 |
CN113248767B (zh) * | 2021-05-11 | 2022-01-18 | 苏州鸿凌达电子科技有限公司 | 一种耐折弯的热电薄膜及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10734564B2 (en) | Thermoelectric materials | |
WO2019109398A1 (zh) | 一种超薄金属锂复合体及其制备方法和用途 | |
CN109709160B (zh) | 一种电子导电金属有机框架薄膜及其制备方法和用途 | |
Wada et al. | Fabrication of bismuth telluride nanoplates via solvothermal synthesis using different alkalis and nanoplate thin films by printing method | |
CN108910941B (zh) | 一种蝴蝶形状的SnO2二维纳米材料及其制备方法与应用 | |
CN109742355A (zh) | 一种硅碳复合材料制备方法 | |
TW201042788A (en) | Thermoelectric module with insulated substrate | |
Hu et al. | Nickel nanowire network coating to alleviate interfacial polarization for Na-beta battery applications | |
CN109560186A (zh) | 一种n型热电薄膜及其制备和应用 | |
CN108597894A (zh) | 一种硼掺杂多孔碳材料的制备方法 | |
CN108565331A (zh) | 一种热电材料 | |
CN101993536B (zh) | 高介电常数聚酰亚胺/石墨杂化材料及其制备方法 | |
CN112458420B (zh) | 具有纳米棒阵列的碲化银-硫化银薄膜及其制法 | |
CN104377369B (zh) | 一种纤维状电化学发光电池及其制备方法 | |
CN103555986A (zh) | 一种(Bi0.8Sb0.2)2Te3纳米热电材料的制备方法 | |
CN108447973A (zh) | 一种热电材料 | |
CN108550687A (zh) | 一种热电材料及其制备方法 | |
CN112853492B (zh) | 一种SnSe/CNT高温柔性热电薄膜材料及其制备方法 | |
CN112151671B (zh) | 基于二维金属有机框架薄膜材料的有机自旋阀器件及制备方法 | |
CN108503882A (zh) | 一种热电复合材料及其制备方法 | |
CN108539002A (zh) | 一种热电复合材料及其制备方法 | |
Chen et al. | Cadmium sulfide anchored in three-dimensional graphite cage for high performance supercapacitors | |
CN110364615A (zh) | 一种氧化石墨烯/二硫化钼复合热电材料及其制备方法 | |
CN109951903A (zh) | 一种纳米微晶格相分离电热材料及其制备方法 | |
CN113122809B (zh) | 采用真空蒸发镀膜可控制备非晶柔性Bi-Te-Se膜的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180921 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |