CN111211217B - 一种3d火焰电壁炉用纳米热电活性材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料及其制备方法，热电基质：二氧化硅20‑30份、聚对苯二亚甲基10‑20份和聚四氟乙烯10‑15份；热电材料：碳纳米管5‑20份、Bi10‑20份、Sb10‑20份、多孔隙材料20‑40份、石墨烯10‑15份、铜粉6‑10份和半导体材料10‑15份，纳米线的制备：将碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb分别进行除杂处理，本发明涉及热电活性材料技术领域。该3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料及其制备方法，在制备纳米热电活性材料时，在纳米线的表面形成一层石墨烯和铜的混合薄膜，石墨烯和铜均具有良好的导热性和导电性，能够降低热电材料在进行热电转换时的能量损耗，热电转化效果更好，更加节能。

Description

一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及热电活性材料技术领域，具体为一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料及其制备方法。
背景技术
3D火焰电壁炉，摒弃传统电壁炉设计理念，不需要任何成像屏，同样采用电灯光做光源，几近乱真的动感火焰直接从木材堆里烧出来，直接在空中产生火焰，火苗随周围气流风动而袅袅升起、栩栩如生，烟雾和火焰完美融合，达成三维立体火焰仿真效果。
热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，随着空间探索兴趣的增加、医用物理学的进展以及在地球难于日益增加的资源考察与探索活动，需要开发一类能够自身供能且无需照看的电源***，热电发电对这些应用尤其合适。
3D火焰电壁炉中热电活性材料是很重要的组成成分，但是现有的3D火焰电壁炉中内使用的热电活性材料，在对热电进行转换时，因为自身的材料性能，转换过程中有很大的能源损耗，增加了能源的损耗，不够环保。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料及其制备方法，解决了在对热电进行转换时，因为自身的材料性能，转换过程中有很大的能源损耗，增加了能源的损耗，不够环保的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料，其原料组分按重量份比包括：
热电基质：二氧化硅20-30份、聚对苯二亚甲基10-20份和聚四氟乙烯10-15份；
热电材料：碳纳米管5-20份、Bi10-20份、Sb10-20份、多孔隙材料20-40份、石墨烯10-15份、铜粉6-10份和半导体材料10-15份。
优选的，所述热电基质：二氧化硅20份、聚对苯二亚甲基10和聚四氟乙烯10份；
热电材料：碳纳米管5份、Bi10份、Sb10份、多孔隙材料20份、石墨烯10份、铜粉6份和半导体材料10份。
优选的，所述热电基质：二氧化硅25份、聚对苯二亚甲基15份和聚四氟乙烯13份；
热电材料：碳纳米管13份、Bi15份、Sb15份、多孔隙材料30份、石墨烯13份、铜粉8份和半导体材料13份。
优选的，所述热电基质：二氧化硅30份、聚对苯二亚甲基20份和聚四氟乙烯15份；
热电材料：碳纳米管20份、Bi20份、Sb20份、多孔隙材料40份、石墨烯15份、铜粉10份和半导体材料15份。
优选的，所述二氧化硅30份、聚对苯二亚甲基20份和聚四氟乙烯15份；
热电材料：碳纳米管20份、Bi20份、Sb20份、多孔隙材料40份和半导体材料15份。
优选的，所述半导体材料为碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物，其重量配比为1：1：2：1：1。
优选的，所述碳纳米管的形状为方形(纳米碳材单元120c)、圆形(纳米碳材单元120a)、六角形(纳米碳材单元120b)、椭圆形(纳米碳材单元120f)、星形(纳米碳材单元120e)、三角形(纳米碳材单元120d)和五边形(纳米碳材单元120g)。
优选的，所述多孔隙材料为阳极氧化铝或云母。
本发明还公开了一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、纳米线的制备：将碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb分别进行除杂处理，确保表面无杂质残留后，进行熔融，当达到熔融温度后，继续熔融10分钟，得到碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液，将碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液在高压下注入多孔隙材料和纳米管内，注射完毕后，在室温下冷却20分钟，得到纳米线；
步骤二、基材和纳米线的混合：将纳米线、二氧化硅、聚对苯二亚甲基和聚四氟乙烯均置于化学气相沉积炉内，进行气相沉积，将纳米线、二氧化硅、聚对苯二亚甲基和聚四氟乙烯施加在纳米线的表面，等待完全成型后，在40度温度下放置；
步骤三、材料形成：将石墨烯和铜粉碎成直径为微米的颗粒，然后将石墨烯粉和铜粉环绕在纳米线的表面，先通过研磨分散法对石墨烯粉和铜粉进行分散，然后通过超声波分散法进行分散，使得石墨烯粉和铜粉均匀的分散在纳米线的表面，然后通过电镀的方法，在纳米线的表面形成石墨烯和铜的混合薄膜，完成制备；
步骤四、收尾工作：对制备过程中所用到的仪器进行清洗处理，确认干净后存储备用。
(三)有益效果
本发明提供了一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料及其制备方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
(1)、该3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料及其制备方法，通过设置热电基质：二氧化硅20-30份、聚对苯二亚甲基10-20份和聚四氟乙烯10-15份；热电材料：碳纳米管5-20份、Bi10-20份、Sb10-20份、多孔隙材料20-40份、石墨烯10-15份、铜粉6-10份和半导体材料10-15份，在制备纳米热电活性材料时，在纳米线的表面形成一层石墨烯和铜的混合薄膜，石墨烯和铜均具有良好的导热性和导电性，能够大大降低热电材料在进行热电转换时的能量损耗，热电转化效果更好，更加节能。
(2)、该3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料及其制备方法，通过在将石墨烯和铜粉碎成直径为微米的颗粒，然后将石墨烯粉和铜粉环绕在纳米线的表面，先通过研磨分散法对石墨烯粉和铜粉进行分散，然后通过超声波分散法进行分散，使得石墨烯粉和铜粉均匀的分散在纳米线的表面，然后通过电镀的方法，在纳米线的表面形成石墨烯和铜的混合薄膜，完成制备，将石墨烯粉和铜粉环绕在纳米线的表面，先通过研磨分散法对石墨烯粉和铜粉进行分散，然后通过超声波分散法进行分散，可以高效、稳定地分散，使得石墨烯粉和铜粉均匀的分散在纳米线的表面，分布更加均匀，导电性能和导热性更好。
(3)、该3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料及其制备方法，通过在将纳米线、二氧化硅、聚对苯二亚甲基和聚四氟乙烯均置于化学气相沉积炉内，进行气相沉积，将纳米线、二氧化硅、聚对苯二亚甲基和聚四氟乙烯施加在纳米线的表面，等待完全成型后，在40度温度下放置，在对半导体材料进行成型时，通过气相沉积，将纳米线、二氧化硅、聚对苯二亚甲基和聚四氟乙烯施加在纳米线的表面，覆盖层附着力强，均匀性和重复性均更好。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的表格，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅表1，本发明实施例提供四种技术方案：一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料的制备方法，具体包括以下实施例：
实施例一：
步骤一、纳米线的制备：将10份碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、10份Bi和10份Sb分别进行除杂处理，确保表面无杂质残留后，进行熔融，当达到熔融温度后，继续熔融10分钟，得到碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液，将碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液在高压下注入20份多孔隙材料和5份纳米管内，注射完毕后，在室温下冷却20分钟，得到纳米线；
步骤二、基材和纳米线的混合：将纳米线、20份二氧化硅、10份聚对苯二亚甲基和10份聚四氟乙烯均置于化学气相沉积炉内，进行气相沉积，将纳米线、二氧化硅、聚对苯二亚甲基和聚四氟乙烯施加在纳米线的表面，等待完全成型后，在40度温度下放置；
步骤三、材料形成：将石墨烯和铜粉碎成直径为微米的颗粒，然后将石墨烯粉10份和6份铜粉环绕在纳米线的表面，先通过研磨分散法对石墨烯粉和铜粉进行分散，然后通过超声波分散法进行分散，使得石墨烯粉和铜粉均匀的分散在纳米线的表面，然后通过电镀的方法，在纳米线的表面形成石墨烯和铜的混合薄膜，完成制备；
步骤四、收尾工作：对制备过程中所用到的仪器进行清洗处理，确认干净后存储备用。
实施例二：
步骤一、纳米线的制备：将材料13份碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、15份Bi和15份Sb分别进行除杂处理，确保表面无杂质残留后，进行熔融，当达到熔融温度后，继续熔融10分钟，得到碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液，将碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液在高压下注入30份多孔隙材料和13份纳米管内，注射完毕后，在室温下冷却20分钟，得到纳米线；
步骤二、基材和纳米线的混合：将纳米线、25份15份二氧化硅、聚对苯二亚甲基和15份聚四氟乙烯均置于化学气相沉积炉内，进行气相沉积，将纳米线、二氧化硅、聚对苯二亚甲基和聚四氟乙烯施加在纳米线的表面，等待完全成型后，在40度温度下放置；
步骤三、材料形成：将13份石墨烯和8份铜粉碎成直径为微米的颗粒，然后将石墨烯粉和铜粉环绕在纳米线的表面，先通过研磨分散法对石墨烯粉和铜粉进行分散，然后通过超声波分散法进行分散，使得石墨烯粉和铜粉均匀的分散在纳米线的表面，然后通过电镀的方法，在纳米线的表面形成石墨烯和铜的混合薄膜，完成制备；
步骤四、收尾工作：对制备过程中所用到的仪器进行清洗处理，确认干净后存储备用。
实施例三：
步骤一、纳米线的制备：将15份碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、20份Bi和20份Sb分别进行除杂处理，确保表面无杂质残留后，进行熔融，当达到熔融温度后，继续熔融10分钟，得到碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液，将碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液在高压下注入40份多孔隙材料和20份纳米管内，注射完毕后，在室温下冷却20分钟，得到纳米线；
步骤二、基材和纳米线的混合：将纳米线、30份二氧化硅、20份聚对苯二亚甲基和20份聚四氟乙烯均置于化学气相沉积炉内，进行气相沉积，将纳米线、二氧化硅、聚对苯二亚甲基和聚四氟乙烯施加在纳米线的表面，等待完全成型后，在40度温度下放置；
步骤三、材料形成：将15份石墨烯和10份铜粉碎成直径为微米的颗粒，然后将石墨烯粉和铜粉环绕在纳米线的表面，先通过研磨分散法对石墨烯粉和铜粉进行分散，然后通过超声波分散法进行分散，使得石墨烯粉和铜粉均匀的分散在纳米线的表面，然后通过电镀的方法，在纳米线的表面形成石墨烯和铜的混合薄膜，完成制备；
步骤四、收尾工作：对制备过程中所用到的仪器进行清洗处理，确认干净后存储备用。
实施例四：
步骤一、纳米线的制备：将40份碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、20份Bi和20份Sb分别进行除杂处理，确保表面无杂质残留后，进行熔融，当达到熔融温度后，继续熔融10分钟，得到碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液，将碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液在高压下注入15份多孔隙材料和20份纳米管内，注射完毕后，在室温下冷却20分钟，得到纳米线；
步骤二、基材和纳米线的混合：将纳米线、30份二氧化硅、20份聚对苯二亚甲基和20份聚四氟乙烯均置于化学气相沉积炉内，进行气相沉积，将纳米线、二氧化硅、聚对苯二亚甲基和聚四氟乙烯施加在纳米线的表面，等待完全成型后，在40度温度下放置；
步骤三、材料形成：将石墨烯和铜粉碎成直径为微米的颗粒，然后将石墨烯粉和铜粉环绕在纳米线的表面，先通过研磨分散法对石墨烯粉和铜粉进行分散，然后通过超声波分散法进行分散，使得石墨烯粉和铜粉均匀的分散在纳米线的表面，然后通过电镀的方法，在纳米线的表面形成石墨烯和铜的混合薄膜，完成制备；
步骤四、收尾工作：对制备过程中所用到的仪器进行清洗处理，确认干净后存储备用。
对比实验
现有生产厂家根据权利要求1，可以生产出四种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料，对四种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料进行处理后，将四种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料进行热电转换效率的对比实验，结果如下表所示：
热电转换效率测试表：
由上表可知，实施例三的转换效果最好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料，其特征在于：其原料组分按重量份比包括：
热电基质：二氧化硅20-30份、聚对苯二亚甲基10-20份和聚四氟乙烯10-15份；
热电材料：碳纳米管5-20份、Bi10-20份、Sb10-20份、多孔隙材料20-40份、石墨烯10-15份、铜粉6-10份和半导体材料10-15份；
该3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、纳米线的制备：将碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb分别进行除杂处理，确保表面无杂质残留后，进行熔融，当达到熔融温度后，继续熔融10分钟，得到碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液，将碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物、Bi和Sb的熔融液在高压下注入多孔隙材料和纳米管内，注射完毕后，在室温下冷却20分钟，得到纳米线；
步骤二、基材和纳米线的混合：将纳米线、二氧化硅、聚对苯二亚甲基和聚四氟乙烯均置于化学气相沉积炉内，进行气相沉积，将纳米线、二氧化硅、聚对苯二亚甲基和聚四氟乙烯施加在纳米线的表面，等待完全成型后，在40度温度下放置；
步骤三、材料形成：将石墨烯和铜粉碎成直径为微米的颗粒，然后将石墨烯粉和铜粉环绕在纳米线的表面，先通过研磨分散法对石墨烯粉和铜粉进行分散，然后通过超声波分散法进行分散，使得石墨烯粉和铜粉均匀的分散在纳米线的表面，然后通过电镀的方法，在纳米线的表面形成石墨烯和铜的混合薄膜，完成制备；
步骤四、收尾工作：对制备过程中所用到的仪器进行清洗处理，确认干净后存储备用。
2.根据权利要求1所述的一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料，其特征在于：热电基质：二氧化硅20份、聚对苯二亚甲基10份和聚四氟乙烯10份；
热电材料：碳纳米管5份、Bi10份、Sb10份、多孔隙材料20份、石墨烯10份、铜粉6份和半导体材料10份。
3.根据权利要求1所述的一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料，其特征在于：热电基质：二氧化硅25份、聚对苯二亚甲基15份和聚四氟乙烯13份；
热电材料：碳纳米管13份、Bi15份、Sb15份、多孔隙材料30份、石墨烯13份、铜粉8份和半导体材料13份。
4.根据权利要求1所述的一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料，其特征在于：热电基质：二氧化硅30份、聚对苯二亚甲基20份和聚四氟乙烯15份；
热电材料：碳纳米管20份、Bi20份、Sb20份、多孔隙材料40份、石墨烯15份、铜粉10份和半导体材料15份。
5.根据权利要求1所述的一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料，其特征在于：二氧化硅30份、聚对苯二亚甲基20份和聚四氟乙烯20份；
热电材料：碳纳米管20份、Bi20份、Sb20份、多孔隙材料40份和半导体材料15份。
6.根据权利要求1所述的一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料，其特征在于：所述半导体材料为碲化铋、掺杂锑的碲化铋、掺杂硒的碲化铋、锌化锑、半赫斯勒合金的混合物，其重量配比为1：1：2：1：1。
7.根据权利要求1所述的一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料，其特征在于：所述碳纳米管的形状为方形(纳米碳材单元120c)、圆形(纳米碳材单元120a)、六角形(纳米碳材单元120b)、椭圆形(纳米碳材单元120f)、星形(纳米碳材单元120e)、三角形(纳米碳材单元120d)和五边形(纳米碳材单元120g)。
8.根据权利要求1所述的一种3D火焰电壁炉用纳米热电活性材料，其特征在于：所述多孔隙材料为阳极氧化铝或云母。
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