CN201663181U - 层状结构纳米热电体 - Google Patents
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Abstract
层状结构纳米热电体，属于半导体热电材料技术领域。它解决了现有热电材料的转换效率低的问题。它由多层热电材料或半导体导电材料的纳米片状基体和多层热电材料或半导体导电材料的纳米修饰层组成，所述纳米片状基体与纳米修饰层依次相间隔配合形成块体，纳米片状基体与纳米修饰层采用不同的材料。本实用新型适用于利用温差效应发电。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种层状结构纳米热电体，属于半导体热电材料技术领域。
背景技术
利用温差热效应发电是一种新型节能环保技术，它是一种将热电材料的温差资源直接转化成电能的能量转化方式。与目前使用传统方式获取电能的方式相比，温差热效应发电不需要工作介质，能够直接、静态的运行，因无活动部件，它具有环保无噪音和高度的可靠性，许多低温和高温下工作的设备，如锅炉、汽车发动机和液化天然气储运罐等都可以作为其温差的提供者，来实现发电。这种发电方式既可以单独使用，也可以作为成熟工艺设备的辅助节能手段，应用领域十分广阔。
现有热电材料的转换效率偏低，热电理论的研究表明，热电材料的转换效率与电导率和Seebeck系数成正比，与热导率成反比。由于电导率、Seebeck系数与热导率这三个物理量存在内在的关联，因此不能通过单独改变其中的一项来提高热电材料的转换效率，这成为限制热电材料应用的主要瓶颈。近年来，人们开始将纳米技术应用于热电材料。将已知的热电材料制成超晶格薄膜和纳米薄膜的形式，利用其纳米限域效应提高材料的电导率；同时，利用材料中大量存在的界面来散射声子，降低材料的热导率。这种方式对热电材料性能的提高较为显著，但成本昂贵、技术复杂，难以大量生产和广泛使用。并且，由于热电材料往往需形成大块材料，在将纳米粒子压制成为块体的过程之中，粒子间界面的消失会使纳米限域效应无从发挥，由此，则无法实现对热电材料的电导率的提高。
发明内容
本实用新型是为了解决现有热电材料的转换效率低的问题，而提供一种层状结构纳米热电体。
本实用新型由多层热电材料或半导体导电材料的纳米片状基体和多层热电材料或半导体导电材料的纳米修饰层组成，所述纳米片状基体与纳米修饰层依次相间隔配合形成块体，纳米片状基体与纳米修饰层采用不同的材料。
纳米片状基体的材料为Sb2Te3、Ag、Co或Cu；纳米修饰层的材料为Bi2Te3、Ag、Co或Cu。
本实用新型的优点是：本实用新型利用纳米级厚度的薄片材料作为纳米片状基体，然后在其上沉积第二相纳米修饰层，使其形成层状结构，并压成块体，使块体中形成大量类似超晶格的多层微结构。它通过在材料内部建立一维或二维的势垒与势阱，迫使在温度场中载流子只能在势阱中运动，此外界面附近存在高载流子密度，从而赋予材料高的Seebeck系数；同时利用材料中大量存在的界面来散射声子，降低材料的热导率；利用超晶格热电材料的原理来提高其电导率，从而，大大提高了热电材料的转换效率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式由多层热电材料或半导体导电材料的纳米片状基体1和多层热电材料或半导体导电材料的纳米修饰层2组成，所述纳米片状基体1与纳米修饰层2依次相间隔配合形成块体，纳米片状基体1与纳米修饰层2采用不同的材料。
具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于纳米片状基体1的材料为Sb2Te3、Ag、Co或Cu；纳米修饰层2的材料为Bi2Te3、Ag、Co或Cu。
本实施方式中纳米片状基体1的材料为一种已知的热电材料或一种半导体导电材料；纳米修饰层2的材料为一种与纳米片状基体1不同的热电材料或一种半导体导电材料。
材料的合成：
一、采用溶剂热法合成金属碲化物Sb2Te3纳米片状基体1：按化学计量比称取3.33mmol SbCl3·5H2O、5mmolTe粉及10mmolKOH，混合后加去离子水溶解，充分搅拌后，加入按化学计量比为4倍的联胺N2H4·H2O，后转移至15ml规格的反应釜，使填充度在85%左右，然后在240℃烘箱中反应48小时。反应结束后，将反应所得的悬浊液用去离子水水洗三次，使其pH在7左右，然后用少量无水乙醇清洗一遍，最后在40℃空气条件下烘干得到Sb2Te3纳米片粉末。
二、采用共沉淀法加溶剂热法在Sb2Te3纳米片状基体1上合成层状纳米修饰层2：称取一定量的Ag、Co或Cu的可溶性盐为原料，溶解后使其与Sb2Te3纳米片状基体1混合，充分搅拌，在搅拌的同时滴加碱性溶液，使其pH值控制在9至11，反应沉降结束后，再加入按化学计量比为4倍的联胺N2H4·H2O，后转移至15ml规格的反应釜，使填充度在85%左右，然后在80℃烘箱中反应4小时。反应结束后，将反应所得的悬浊液用去离子水水洗三次，使其pH在7左右，然后用少量无水乙醇清洗一遍，最后在40℃空气条件下烘干，完成Sb2Te3纳米片状基体1与层状纳米修饰层2的结合。
最后，使用溶剂分散，将步骤二中完成结合的一定量的Sb2Te3纳米片状基体1与层状纳米修饰层2，采用静压、热压等工艺制成复合热电体。
纳米片状基体1与纳米修饰层2分别担任势阱与势垒的角色，可采取控制两相厚度和组成的方式来调节此热电体的性能。
Claims (2)
1.一种层状结构纳米热电体，其特征在于：它由多层热电材料或半导体导电材料的纳米片状基体（1）和多层热电材料或半导体导电材料的纳米修饰层（2）组成，所述纳米片状基体（1）与纳米修饰层（2）依次相间隔配合形成块体，纳米片状基体（1）与纳米修饰层（2）采用不同的材料。
2.根据权利要求1所述的层状结构纳米热电体，其特征在于：纳米片状基体（1）的材料为Sb2Te3、Ag、Co或Cu；纳米修饰层（2）的材料为Bi2Te3、Ag、Co或Cu。
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