一種具有高塞貝克系數(shù)的硼摻雜p型碳納米管的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到一種具有熱電效應(yīng)的硼摻雜p型碳納米管的制備方法，以B2O3作為硼源，高溫下對碳納米管進(jìn)行硼摻雜，B2O3中的B原子與碳納米管中C原子發(fā)生如下置換反應(yīng)：xB2O3+(2+3x)C(nanotubes)→2BxC(nanotubes)+3xCO，然后經(jīng)過洗滌、過濾、干燥后得到一種硼摻雜碳納米管(BxC)。通過增大反應(yīng)物B2O3與碳納米管的配比可顯著提高硼摻雜碳納米管(BxC)中B原子百分?jǐn)?shù)，x最大值可達(dá)到0.1。本發(fā)明反應(yīng)步驟簡單可控，經(jīng)過硼摻雜后碳納米管熱電效應(yīng)顯著增強(qiáng)，塞貝克系數(shù)得到大幅度提高，且x值越大，塞貝克系數(shù)提高越明顯。本發(fā)明制備的硼摻雜碳納米管內(nèi)部載流子以p型載流子為主，塞貝克系數(shù)最高可達(dá)到24.05μV/K，比原始碳納米管提高了約35%.本發(fā)明制備的硼摻雜碳納米管可以廣泛用于基于溫差發(fā)電的新型熱電能源材料。
【專利說明】一種具有高塞貝克系數(shù)的硼摻雜P型碳納米管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱電材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種高塞貝克系數(shù)P型碳納米管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加快，世界能源的短缺和枯竭已經(jīng)成為每個國家不容忽視的問題，在當(dāng)前和今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，能源問題將嚴(yán)重制約著社會長期穩(wěn)定發(fā)展。不可再生能源的匱乏和各種化石能源使用過程中對環(huán)境造成的嚴(yán)重危害已經(jīng)引起人類的足夠重視。開發(fā)新型清潔可再生能源已經(jīng)迫在眉睫。熱電材料(溫差電材料)是一種利用材料中載流子和晶格振動之間相互作用，實現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的新型功能材料。由熱電材料制作的熱電發(fā)電器件具有體積小、重量輕(能量密度高)、無噪聲運(yùn)行、維護(hù)和運(yùn)行成本低、安全穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。作為一種新型清潔能源材料，熱電材料可以有效緩解人類面臨的能源匱乏和環(huán)境惡化問題，尤其是在工業(yè)廢熱回收利用方面將起到舉足輕重的作用。同時熱電材料對提高能源的利用率、建設(shè)節(jié)約型國家，實現(xiàn)可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有重要的意義。
[0003]盡管熱電器件顯示有諸多的優(yōu)勢，但是較低的能量轉(zhuǎn)換效率限制了熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)在實際的廣泛應(yīng)用。而限制能量轉(zhuǎn)換效率一個重要因素在于熱電材料較低的熱電優(yōu)值:
【權(quán)利要求】
1.一種具有熱電效應(yīng)的硼摻雜P型碳納米管的制備方法，其特征在于具體步驟如下: (1)秤取Ig干燥的碳納米管和0.25飛g B2O3粉末混合，然后將混合粉末加入瑪瑙研缽中研磨30-90分鐘，得到原料混合物； (2)將步驟(1)得到的原料混合物經(jīng)真空干燥箱80°C干燥f8小時后放入坩堝內(nèi)，然后將坩堝放于管式氣氛爐內(nèi)，當(dāng)管式氣氛爐內(nèi)抽至真空度達(dá)到0.0OlPa時，停止抽真空，并開始往管式氣氛爐內(nèi)通入純度為99.999%的惰性氣體，控制氣流速率為50mL/min，通氣25-35分鐘后，開始升溫，在600°C以前控制升溫速率為20°C/min ;600-1100°C控制升溫速率為10V/min ;當(dāng)溫度達(dá)到1100°C時，恒溫3_4小時后開始自然降溫冷卻至室溫；得到硼摻雜碳納米管； (3)去除步驟(2)中硼摻雜碳納米管中未反應(yīng)的B2O3，即將步驟(2)所得產(chǎn)物和坩堝一并放入燒杯中，加入過量溶劑后加熱煮沸，并在800rpm轉(zhuǎn)速下磁力攪拌，待坩堝內(nèi)產(chǎn)物全部溶出時停止攪拌并趁熱過濾，繼續(xù)洗滌過濾，重復(fù)2~3次后，將產(chǎn)物放于80°C真空干燥箱內(nèi)干燥2天，得到純的硼摻雜碳納米管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有熱電效應(yīng)的硼摻雜P型碳納米管的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述碳納米管包括化學(xué)氣相沉積法、太陽能法、電弧放電法、模板法或激光蒸發(fā)法中的任一種制備的單壁、雙臂或多壁碳納米管或以該三種不同型號碳納米管任意比例混合的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有熱電效應(yīng)的硼摻雜P型碳納米管的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述B2O3為硼砂、硼酸鈉或硼酸中任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有熱電效應(yīng)的硼摻雜P型碳納米管的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述惰性氣體為氦氣、氖氣`或氬氣中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有熱電效應(yīng)的硼摻雜P型碳納米管的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述溶劑為熱水、乙醇或酸溶液中任一種。
【文檔編號】C01B31/02GK103496689SQ201310431908
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】邱軍, 解品成 申請人:同濟(jì)大學(xué)