阅读说明：本技术 一维核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料及制备方法 (One-dimensional core-shell structured strontium titanate @ zinc oxide @ polyaniline composite nano thermoelectric material and preparation method thereof ) 是由 刘少辉 王娇 郝好山 赵利敏 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种具有核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料及其制备方法,属于复合材料制备领域。采用静电纺丝法制备钛酸锶@氧化锌纳米材料,之后对其进行表面聚合物改性处理,最后利用液相界面法制备出具有核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料,本发明复合纳米纤维具有良好的一维形貌结构、良好的柔韧性等特点,复合材料室温的功率因子达20.73μWm<Sup>-1</Sup>K<Sup>-2</Sup>,是纯聚苯胺的30倍,复合材料具有良好的抗氧化性,可以在空气中直接使用,同时复合纤维的壳层厚度可控等优点,本发明方法是提高聚合物热电性能的一种有效途径,具有简单易行、成本低、方便快速、可规模化生产等优点。(The invention relates to a strontium titanate @ zinc oxide @ polyaniline composite nano thermoelectric material with a core-shell structure and a preparation method thereof, and belongs to the field of composite material preparation. The composite nano-fiber has the characteristics of good one-dimensional morphology structure, good flexibility and the like, and the power factor of the composite material at room temperature reaches 20.73 mu Wm ‑1 K ‑2 Is 30 times of pure polyaniline, and the composite material has good oxidation resistance and good oxidation resistanceThe method is an effective way for improving the thermoelectric performance of the polymer, and has the advantages of simplicity, practicability, low cost, convenience, rapidness, large-scale production and the like.)

一维核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料及 制备方法

技术领域

本发明涉及功能材料制备领域，具体涉及一种一维核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料及制备方法。

背景技术

热电材料是一种能将热能和电能直接转换的功能材料，利用热电材料制作的发电或制冷装置具有性能可靠、无污染、工作时无噪声、使用寿命长等优点。在温差发电、电制冷设备方面有着广泛应用。热电材料的性能主要取决于无量纲热电优值（ZT值）。不同材料按电导率可分为导体、半导体、绝缘体。不同种类的材料载流子浓度与电导率、Seebeck系数和热导率之间的内在耦合关系及它们各自的热电转换效率ZT值关系。

目前已开发出的无机热电体系包括金属基热电材料和氧化物热电材料，其中金属基热电材料包括室温附近热电材料Bi₂Te₃及其合金，中温区（400~700K）热电材料PbTe及其合金，高温区（400~700K）热电材料SiGe及其合金。传统的无机热电材料的研究已获得显著的成就，但是由于其原料主要组元质量重或稀缺，有毒，且它们往往需要复杂的制备工艺即消耗大量的能源，而且制成的材料很难集成为热电器件。而氧化物热电材料具有高温化学稳定、环境友好、成本低等特点，逐渐成为热电材料研究的热点。目前研究主要集中在钴基氧化物半导体、钙钛矿型氧化物半导体，氧化物热电材料发展目前存在的主要问题是热电优值ZT较低，有待于进一步提高。

发明内容

本发明提出了一种一维核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料及制备方法，采用静电纺丝法制备钛酸锶@氧化锌纳米材料，之后对其进行表面聚合物改性处理，最后利用液相界面法制备出具有核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料，本发明方法是提高聚合物热电性能的一种有效途径，具有简单易行、成本低、方便快速、可规模化生产等优点。

实现本发明的技术方案是：

一维核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料，所述复合纳米热电材料是以钛酸锶纳米纤维为核，氧化锌和聚苯胺为壳体的一维核壳结构。所述核层的直径为50-120 nm，氧化锌壳层的厚度为20-80nm，聚苯胺壳层厚度为20-100nm。

对钛酸锶@氧化锌材料进行表面改性，之后与苯胺溶液经过液相聚合制备得到复合纳米热电材料。

所述的一维核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料的制备方法，步骤如下：

（1）将钛酸锶@氧化锌纳米纤维置于聚乙烯醇水溶液中，20-40℃条件下搅拌2-5h，之后经离心、干燥得到表面聚合物改性处理的钛酸锶@氧化锌纳米纤维；

（2）将步骤（1）改性处理后的钛酸锶@氧化锌纳米纤维置于氯化铁的酒精溶液中进行均匀分散，得到分散液；

（3）将分散液和苯胺的四氯化碳溶液混合，形成界面，进行反应，聚合后经离心、干燥得到具有核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料。

所述步骤（1）中聚乙烯醇水溶液浓度为3-10%，钛酸锶@氧化锌纳米纤维和聚乙烯醇水溶液的质量比为1：（2~5）。

所述步骤（2）中氯化铁、改性后的钛酸锶@氧化锌纳米纤维和酒精的质量比为1：（1~10）：（3~8）。

所述步骤（3）中分散液和苯胺的四氯化碳溶液的体积比为1：（2~4）。

所述步骤（3）中界面反应的温度为0~30℃，反应时间为15~100min。

本发明的有益效果是：本发明采用静电纺丝法结合界面聚合法制备钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料，复合纳米纤维具有良好的一维形貌结构、良好的柔韧性等特点，复合材料室温的功率因子达20.73μWm^-1K^-2，是纯聚苯胺的30倍，复合材料具有良好的抗氧化性，可以在空气中直接使用，同时复合纤维的壳层厚度可控等优点，本发明方法是提高聚合物热电性能的一种有效途径，具有简单易行、成本低、方便快速、可规模化生产等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1纳米复合纤维的透射电子显微镜图谱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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付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。

实施例1

具有核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料的制备方法，步骤如下：

（1）采用静电纺丝法制备钛酸锶@氧化锌纳米纤维；将钛酸锶@氧化锌纳米纤维置于浓度为3%聚乙烯醇水溶液中，两者的质量比为1：2，20℃条件下搅拌2h，之后经离心、干燥得到表面聚合物改性改性处理的钛酸锶@氧化锌纳米纤维；

（2）将1g氯化铁加入到3g酒精中，形成均匀溶液，将1g改性处理后的钛酸锶@氧化锌纳米纤维置于氯化铁的酒精溶液中，将钛酸锶@氧化锌纳米纤维分散到均匀溶液中；

（3）将苯胺单体溶解于四氯化碳之中（苯胺单体与四氯化碳质量比为1：10），将步骤（2）中分散液和苯胺的四氯化碳溶液以体积比为1：2混合，形成界面，0℃下反应100min，聚合后经离心、干燥得到具有核壳结构钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料。

图1为实施例1复合材料的透射电子显微镜（TEM）图谱。可以看到复合材料具有良好的核壳结构。

实施例2

具有核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料的制备方法，步骤如下：

（1）采用静电纺丝法制备钛酸锶@氧化锌纳米纤维；将钛酸锶@氧化锌纳米纤维置于浓度为10%聚乙烯醇水溶液中，两者的质量比为1：4，40℃条件下搅拌5h，之后经离心、干燥得到表面聚合物改性改性处理的钛酸锶@氧化锌纳米纤维；

（2）将1g氯化铁加入到8g酒精中，形成均匀溶液，将10g改性处理后的纳米纤维置于氯化铁的酒精溶液中，将钛酸锶@氧化锌纳米纤维分散到均匀溶液中；

（3）将苯胺单体溶解于四氯化碳之中（苯胺单体与四氯化碳质量比为1：20），将步骤（2）中分散液和苯胺的四氯化碳溶液以体积比为1：3混合，形成界面，30℃反应15min，聚合后经离心、干燥得到具有核壳结构钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料。

实施例3

具有核壳结构的钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料的制备方法，步骤如下：

（1）采用静电纺丝法制备钛酸锶@氧化锌纳米纤维；将钛酸锶@氧化锌纳米纤维置于浓度为7%聚乙烯醇水溶液中，两者的质量比为1：5，30℃条件下搅拌4h，之后经离心、干燥得到表面聚合物改性改性处理的钛酸锶@氧化锌纳米纤维；

（2）将1g氯化铁加入到7g酒精中，形成均匀溶液，将5g改性处理后的纳米纤维置于氯化铁的酒精溶液中，将钛酸锶@氧化锌纳米纤维分散到均匀溶液中；

（3）将苯胺单体溶解于四氯化碳之中（苯胺单体与四氯化碳质量比为1：15），将步骤（2）中分散液和苯胺的四氯化碳溶液以体积比为1：4混合，形成界面，20℃反应70min，聚合后经离心、干燥得到具有核壳结构钛酸锶@氧化锌@聚苯胺复合纳米热电材料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。