一種石墨烯複合熱電材料的製備方法與流程

2024-03-30 16:18:05 1

本發明涉及熱電複合功能材料領域，具體涉及一種石墨烯複合熱電材料的製備方法。

背景技術：

溫差電材料(Thermoelectric Materials)也稱為熱電材料。溫差電材料主要用於製備熱電製冷器件和熱電發電器件。溫度梯度場熱電轉換原理簡稱溫差電原理(Thermoe1ectric)，它的發現可追溯到19世紀，1822年，ThomasSeebeck發現溫差電動勢效應(溫差電材料發電原理，即Seebeck原理)；1834年，Jean Peltier發現電流迴路中兩不同材料導體結界面處的降溫效應(溫差電材料製冷原理，即Peltier原理)。20世紀50年代發現一些半導體材料是良好的溫差電材料。溫差電器件的工作效率取決於材料的一個無量綱參數：ZT。TE器件要求ZT越大越好，ZT越大效率越高。通常把ZT＞0.5的材料稱為溫差電材料。

2014年發表在《nature》雜誌上的相關研究指出，SnSe具有超低的熱導率，單晶SnSe具有創紀錄的高熱電熱值。這使得SnSe作為一個新的熱電材料體系，開始引起研究人員的廣泛重視，其優異的性能表明SnSe是一種很有前景的熱電材料。因而，對SnSe的合成及其性能研究具有非常重要的意義。

技術實現要素：

本發明提供一種石墨烯複合熱電材料的製備方法，該製備方法得到的石墨烯複合SnSe基熱電材料，大幅提高了SnSe基塊體材料的熱電性能，該方法直接利用SPS燒結進行原位反應，製備的材料緻密度高、成分均勻、性能優異。

為了實現上述目的，本發明提供了一種石墨烯複合熱電材料的製備方法，該方法包括如下步驟：

（1）製備摻雜改性熱電複合材料粉體

在氬氣氛手套箱中按照化學式SnSeAlx的各元素含量配比，其中0.02≤x≤0.03，將粉末混合均勻，保護氣氛下密封於球磨罐內，放置在高能球磨機上進行球磨，球磨時間為15-18h，球料比為10:1，球磨機轉速為500-800r/min，得到SnSeAlx基體粉末；

在氬氣氛手套箱中將製備的SnSeAlx粉末分別按照與石墨烯質量比y為：50：1≤y≤100：1的配比混合均勻，在高速球磨機上進行球磨，球磨時間2-4h，球料比為10：1，球磨機轉速為500-800r/min，得到混合均勻的摻雜改性熱電複合材料粉體；

（2）將摻雜改性熱電複合材料粉體裝入石墨磨具中壓實，連同磨具一起在<10Pa的真空條件下進行燒結，升溫速度為25℃/min-50℃/min，燒結溫度為600-900℃，壓強為75-95MPa，燒結時間為10-20h分鐘，原料在燒結的過程中進行原位反應生成目標物質，同時加壓又可使其緻密化，最終得到緻密的塊體石墨烯複合熱電材料。

具體實施方式

實施例一

在氬氣氛手套箱中按照化學式SnSeAlx的各元素含量配比，其中x=0.02，將粉末混合均勻，保護氣氛下密封於球磨罐內，放置在高能球磨機上進行球磨，球磨時間為15h，球料比為10:1，球磨機轉速為500r/min，得到SnSeAlx基體粉末。

在氬氣氛手套箱中將製備的SnSeAlx粉末分別按照與石墨烯質量比y為50：1的配比混合均勻，在高速球磨機上進行球磨，球磨時間2h，球料比為10：1，球磨機轉速為500r/min，得到混合均勻的摻雜改性熱電複合材料粉體。

將摻雜改性熱電複合材料粉體裝入石墨磨具中壓實，連同磨具一起在<10Pa的真空條件下進行燒結，升溫速度為25℃/min，燒結溫度為600℃，壓強為75MPa，燒結時間為10分鐘，原料在燒結的過程中進行原位反應生成目標物質，同時加壓又可使其緻密化，最終得到緻密的石墨烯複合熱電材料。

實施例二

在氬氣氛手套箱中按照化學式SnSeAlx的各元素含量配比，其中x=0.03，將粉末混合均勻，保護氣氛下密封於球磨罐內，放置在高能球磨機上進行球磨，球磨時間為18h，球料比為10:1，球磨機轉速為800r/min，得到SnSeAlx基體粉末。

在氬氣氛手套箱中將製備的SnSeAlx粉末分別按照與石墨烯質量比y為100：1的配比混合均勻，在高速球磨機上進行球磨，球磨時間4h，球料比為10：1，球磨機轉速為800r/min，得到混合均勻的摻雜改性熱電複合材料粉體。

將摻雜改性熱電複合材料粉體裝入石墨磨具中壓實，連同磨具一起在<10Pa的真空條件下進行燒結，升溫速度為50℃/min，燒結溫度為900℃，壓強為95MPa，燒結時間為20分鐘，原料在燒結的過程中進行原位反應生成目標物質，同時加壓又可使其緻密化，最終得到緻密的石墨烯複合熱電材料。