本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的制備方法及制得的材料。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益加劇，社會(huì)對(duì)環(huán)保、節(jié)能以及能源重復(fù)利用的需求在不斷增加。熱電材料是一種有利于綠色環(huán)保的新型能源轉(zhuǎn)換材料，可以實(shí)現(xiàn)熱能和電能的相互轉(zhuǎn)換，在廢熱發(fā)電領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)熱電材料(bi2se3，bi2te3，pbte，pbse等)的熱電優(yōu)值z(mì)t在1左右，具有一定的應(yīng)用范圍。但是這些材料所含的元素有毒、昂貴、稀有等特征限制了其應(yīng)用范圍。因此，研究和開(kāi)發(fā)高性能、環(huán)境友好、熱穩(wěn)定性高、耐化學(xué)腐蝕的熱電新材料，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。
鋁酸鎂熱穩(wěn)定性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐化學(xué)腐蝕，且具有一定的電導(dǎo)率和高的塞貝克系數(shù)、低的導(dǎo)熱系數(shù)，且能制備成耐高溫、高強(qiáng)度的陶瓷制品，是一種理想的熱電基體材料。但是，其電導(dǎo)率不高的特點(diǎn)制約其在熱電領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，如何利用鋁酸鎂，將其作為基體制備得到理想的熱電材料，具有積極的研究意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明的主要目的之一在于提供一種碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的制備方法，制備得到了具有良好熱電性能的碳納米管-鋁酸鎂陶瓷復(fù)合材料。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：
1)將海草狀鋁酸鎂粉體和碳納米管混合，加入到溶劑中，超聲分散10～60min，超聲攪拌10～60min得溶液，將所述溶液加熱至50～100℃，溶劑揮發(fā)得到粉體，將所述粉體研磨10～60min；
2)將步驟1)研磨后的粉體進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，得到所述碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料；
其中，所述放電等離子燒結(jié)包括：升溫速率為10～100℃/min，坯體燒結(jié)壓力為20～80mpa，保溫溫度為1100～1300℃，保溫時(shí)間為5～20min；
所述海草狀鋁酸鎂粉體包括呈片狀形態(tài)的鋁酸鎂納米晶相互橋架在一起，形成海草狀結(jié)構(gòu)，所述海草狀鋁酸鎂粉體的寬度為250～400nm，厚度為50～80nm，海草狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度為1～4μm。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述步驟1)中，所述海草狀鋁酸鎂粉體的比表面積為170-260m2/g。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述海草狀鋁酸鎂粉體和碳納米管混合后得到混合物，所述碳納米管在混合物中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.1～50wt.％。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述步驟1)中，所述溶劑選自異丙醇、正丁醇及四氫呋喃。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述步驟1)中，所述海草狀鋁酸鎂粉體通過(guò)以下制備方法獲得，該方法包括：
(1)將尿素與水混合，升溫?cái)嚢柚聊蛩厝芙獾玫饺芤海瞿蛩氐臐舛葹?.15～1mol/l；
(2)在步驟(1)得到的溶液中加入形貌控制劑，并在攪拌下使所述形貌控制劑溶解，溶解后繼續(xù)保持之前的溫度恒溫?cái)嚢?0～80min，得到混合溶液；所述形貌控制劑與所述尿素的摩爾比例為10:1～3:1；
(3)在步驟(2)得到的混合溶液中加入可溶性鋁鹽和可溶性鎂鹽，形成前驅(qū)體溶液，將所述前驅(qū)體溶液置于恒溫水浴2～5h；
(4)將步驟(3)處理后的所述前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中，在1～10mpa壓力及130～180℃溫度條件下反應(yīng)2～5h后，將所得產(chǎn)物洗滌、固液分離以及干燥后，再經(jīng)700～1200℃下焙燒，得到所述海草狀鋁酸鎂粉體。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，步驟(3)中，所述可溶性鎂鹽選自氯化鎂、硝酸鎂及醋酸鎂；所述可溶性鋁鹽選自硝酸鋁、氯化鋁及醋酸鋁。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述可溶性鋁鹽和可溶性鎂鹽的摩爾比x的范圍為：1≤x≤3，所述可溶性鋁鹽與尿素的摩爾比在1:5～1:50。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述形貌控制劑選自十二烷基苯磺酸鈉、油酸、聚乙烯醇和十二烷基硫酸鈉。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種由上述制備方法制得的碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料，所述碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的電導(dǎo)率為(0.5-10)*106s/m，塞貝克系數(shù)s為80～800μv/k，熱導(dǎo)率為0.5～1.0w/mk。
作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的晶粒尺寸為200-700nm。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將海草狀的鋁酸鎂納米粉體與碳納米管均勻混合，使碳納米管均勻分布于鋁酸鎂基體中，由于碳納米管的一維結(jié)構(gòu)，極少含量的碳納米管就易于形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予復(fù)合材料高的電導(dǎo)率；碳納米管在鋁酸鎂晶粒之間的晶界處，抑制燒結(jié)過(guò)程中晶粒的增長(zhǎng)，這些存在的小晶粒及多重界面能產(chǎn)生能量過(guò)濾效應(yīng)，過(guò)濾掉低能載流子，有助于復(fù)合材料塞貝克系數(shù)的增大；且多重界面的存在，對(duì)聲子產(chǎn)生強(qiáng)的散射，盡管碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)高，但是并沒(méi)有提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。因此，最終極大地改善了鋁酸鎂陶瓷的熱電性能。
本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、操作便利、效率高、成本低，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)，且充分利用鋁酸鎂基體的高熱穩(wěn)定性、環(huán)境友好性、耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)及碳納米管的高電導(dǎo)率和在基體中空間分布特點(diǎn)，在工業(yè)廢熱發(fā)電領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例制備的海草狀結(jié)構(gòu)鋁酸鎂納米粉體的掃描電子顯微鏡圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明通過(guò)提供一種碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的制備方法及制得的材料，解決了現(xiàn)有鋁酸鎂熱電基體電導(dǎo)率低的不足的缺陷，制備得到了具有良好熱電性能的碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料。
為了解決上述缺陷，本發(fā)明實(shí)施例的主要思路是：
本發(fā)明實(shí)施例碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：
1)將海草狀鋁酸鎂粉體和碳納米管混合，加入到溶劑中，超聲分散10～60min，超聲攪拌10～60min得溶液，將所述溶液加熱至50～100℃，溶劑揮發(fā)得到粉體，將所述粉體研磨10～60min；
2)將步驟1)研磨后的粉體進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，得到所述碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料；
其中，所述放電等離子燒結(jié)包括：升溫速率為10～100℃/min，坯體燒結(jié)壓力為20～80mpa，保溫溫度為1100～1300℃，保溫時(shí)間為5～20min；
所述海草狀鋁酸鎂粉體包括呈片狀形態(tài)的鋁酸鎂納米晶相互橋架在一起，形成海草狀結(jié)構(gòu)，所述海草狀鋁酸鎂粉體的寬度為250～400nm，厚度為50～80nm，海草狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度為1～4μm。
本發(fā)明實(shí)施例以性能良好的鋁酸鎂陶瓷為基體，通過(guò)調(diào)控碳納米管的含量及放電等離子燒結(jié)工藝，即可制備得到熱電性能良好的碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)的工藝條件方便，操作簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。
本發(fā)明實(shí)施例制備得到的碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料，晶粒尺寸為200～700nm，熱電性能表現(xiàn)為：電導(dǎo)率(0.5-10)*106s/m，熱導(dǎo)率0.5-1.0w/mk，塞貝克系數(shù)s為80～800μv/k，可應(yīng)用于熱電領(lǐng)域。
現(xiàn)階段鋁酸鎂粉體的制備方法較多，如固相反應(yīng)法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、噴霧干燥法、水熱法、微乳法等。其中水熱法具有環(huán)境友好、操作方便、對(duì)粒徑尺寸可控的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。例如，目前采用水熱法及表面活性劑為模板可以制備片狀、微孔狀、球狀、層狀、或棒狀等形貌的鋁酸鎂粉體材料。
所述步驟1)中，所述海草狀鋁酸鎂粉體可通過(guò)以下制備方法獲得，該方法包括：
(1)將尿素與水混合，升溫?cái)嚢柚聊蛩厝芙獾玫饺芤?，所述尿素的濃度?.15～1mol/l；
(2)在步驟(1)得到的溶液中加入形貌控制劑，并在攪拌下使所述形貌控制劑溶解，溶解后繼續(xù)保持之前的溫度恒溫?cái)嚢?0～80min，得到混合溶液；所述形貌控制劑與所述尿素的摩爾比例為10:1～3:1；
(3)在步驟(2)得到的混合溶液中加入可溶性鋁鹽和可溶性鎂鹽，形成前驅(qū)體溶液，將所述前驅(qū)體溶液置于恒溫水浴2～5h；
(4)將步驟(3)處理后的所述前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中，在1～10mpa壓力及130～180℃溫度條件下反應(yīng)2～5h后，將所得產(chǎn)物洗滌、固液分離以及干燥后，再經(jīng)700～1200℃下焙燒，得到所述海草狀鋁酸鎂粉體。
所述海草狀鋁酸鎂粉體的制備方法是通過(guò)控制形貌控制劑的濃度和尿素的含量，利用形貌控制劑與尿素之間的相互作用，使形貌控制劑形成尺寸均一、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的層狀液晶，吸附前驅(qū)體，并控制最終晶體生長(zhǎng)的方向；同時(shí)利用尿素的沉淀劑作用，最終在層狀液晶相表面協(xié)同生長(zhǎng)，制備了海草狀鋁酸鎂晶體。
所述海草狀鋁酸鎂粉體的制備方法利用尿素和形貌控制劑的相互作用，獲得均一的溶致型層狀液晶微結(jié)構(gòu)；晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控只需要調(diào)控各組分的濃度及尿素與形貌控制劑的比例，即可制備得到尺寸均一的、海草狀結(jié)構(gòu)的納米粉體。實(shí)驗(yàn)的工藝條件方便，操作簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。制備的所述海草狀鋁酸鎂粉體具有高的比表面積和高的孔隙率，能夠作為很好的催化劑或者催化劑載體，應(yīng)用于無(wú)機(jī)、有機(jī)或者光催化反應(yīng)中。所述海草狀鋁酸鎂粉體的制備方法能克服粉體顆粒之間的硬團(tuán)聚問(wèn)題，粉體分散性良好。
為了更加清晰地理解本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體例子所涉及的具體數(shù)據(jù)僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例1
本發(fā)明實(shí)施例1碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟：
1)將海草狀鋁酸鎂粉體和碳納米管混合(碳納米管在混合后所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1wt％)，加入到100ml異丙醇溶劑中，超聲分散10min，再超聲攪拌10min得溶液，將所述溶液加熱至50℃，溶劑緩慢揮發(fā)，所得粉體球磨10min。
2)將步驟1)制備的粉體進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，放電等離子燒結(jié)升溫速率為10℃/min，陶瓷坯體燒結(jié)壓力20mpa，保溫溫度1100℃，保溫時(shí)間5min，得到碳納米管-鋁酸鎂陶瓷復(fù)合材料。
所述海草狀鋁酸鎂粉體的制備方法包括：
將10mmol尿素溶解到10ml的去離子水中，在攪拌下升溫至60℃，并恒溫水浴30min，使尿素充分溶解。然后向其中加入十二烷基苯磺酸鈉，并在恒溫?cái)嚢柘率剐蚊部刂苿┏浞秩芙庑纬删鶆蛉芤?，其中十二烷基苯磺酸鈉與尿素的摩爾比為10:1；再向上述溶液中加入硝酸鎂和硝酸鋁，硝酸鎂和硝酸鋁的摩爾比為1:2，硝酸鋁與尿素的摩爾比為1:5，并加入一定體積的去離子水形成20ml的混合溶液，尿素濃度為0.5mol/l。為使原料充分溶解和相互接觸，該溶液在60℃保溫3h。最后將上述溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中。在130℃，工作壓力為5mpa、反應(yīng)2h后，將所得產(chǎn)物經(jīng)去離子水和無(wú)水乙醇抽濾、洗滌后，置于烘箱中80℃干燥6h，得到前驅(qū)體，將其再放置于馬弗爐中經(jīng)700℃焙燒2h，即得到海草狀結(jié)構(gòu)的鋁酸鎂納米粉體。
本發(fā)明實(shí)施例鋁酸鎂納米粉體為海草狀結(jié)構(gòu)，單個(gè)鋁酸鎂納米晶為小片狀，片狀物相互橋架，形成海草狀結(jié)構(gòu)，海草狀鋁酸鎂粉體的寬度為250～280nm、厚度為50～60nm，海草狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度約1～2μm之間。比表面積為260m2/g。圖1為本發(fā)明實(shí)施例制備的海草狀結(jié)構(gòu)鋁酸鎂納米粉體的掃描電子顯微鏡圖。
經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例制備的碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料電導(dǎo)率為106s/m，熱導(dǎo)率為0.34w/mk，塞貝克系數(shù)s為800μv/k。
實(shí)施例2
本發(fā)明實(shí)施例2碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟：
1)將海草狀鋁酸鎂粉體和碳納米管混合(碳納米管在混合后所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50wt％)，加入到500ml異丙醇溶劑中，超聲分散60min，再超聲攪拌60min得溶液，將所述溶液加熱至100℃，溶劑緩慢揮發(fā)，所得粉體球磨60min。
2)將步驟1)制備的粉體進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，放電等離子燒結(jié)升溫速率為100℃/min，陶瓷坯體燒結(jié)壓力80mpa，保溫溫度1300℃，保溫時(shí)間20min，得到碳納米管-鋁酸鎂陶瓷復(fù)合材料。
所述海草狀鋁酸鎂粉體的制備方法包括：
將30mmol尿素溶解到50ml的去離子水中，在攪拌下升溫至80℃，并恒溫水浴30min，使尿素充分溶解。然后向其中加入十二烷基苯磺酸鈉，并在恒溫?cái)嚢柘率剐蚊部刂苿┏浞秩芙庑纬删鶆蛉芤?，其中十二烷基苯磺酸鈉與尿素的摩爾比為7:1；再向上述溶液中加入硝酸鎂和硝酸鋁，硝酸鎂和硝酸鋁的摩爾比為1:2，硝酸鋁與尿素的摩爾比為1:10，并加入一定體積的去離子水形成200ml的混合溶液，尿素濃度為0.15mol/l。為使原料充分溶解和相互接觸，該溶液在60℃保溫3h。最后將上述溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中。在140℃，工作壓力為5mpa、反應(yīng)6h后，將所得產(chǎn)物經(jīng)去離子水和無(wú)水乙醇洗滌、抽濾后，置于烘箱中80℃干燥6h，得到前驅(qū)體，將其再放置于馬弗爐中經(jīng)800℃焙燒2h，即得到海草狀結(jié)構(gòu)的鋁酸鎂納米粉體。
鋁酸鎂納米粉體為海草狀結(jié)構(gòu)，單個(gè)鋁酸鎂納米晶為小片狀，片狀物相互橋架，形成海草狀結(jié)構(gòu)，海草狀鋁酸鎂粉體的寬度為300～320nm、厚度為60～70nm，海草狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度約2～3μm之間。比表面積為190m2/g。
經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例制備的碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料電導(dǎo)率8*106s/m，熱導(dǎo)率為0.8w/mk，塞貝克系數(shù)s為86μv/k。
實(shí)施例3
本發(fā)明實(shí)施例3碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟：
1)將海草狀鋁酸鎂粉體和碳納米管混合(碳納米管在混合后所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt％)，加入到200ml異丙醇溶劑中，超聲分散40min，再超聲攪拌40min得溶液，將所述溶液加熱至80℃，溶劑緩慢揮發(fā)，所得粉體球磨40min。
2)將步驟1)制備的粉體進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，放電等離子燒結(jié)升溫速率為50℃/min，陶瓷坯體燒結(jié)壓力60mpa，保溫溫度1200℃，保溫時(shí)間10min，得到碳納米管-鋁酸鎂陶瓷復(fù)合材料。
所述海草狀鋁酸鎂粉體的制備方法包括：
將50mmol尿素溶解到100ml的去離子水中，在攪拌下升溫至60℃，并恒溫水浴30min，使尿素充分溶解。然后向其中加入油酸，并在恒溫?cái)嚢柘率剐蚊部刂苿┏浞秩芙庑纬删鶆蛉芤?，其油酸與尿素的摩爾比為6:1；再向上述溶液中加入醋酸鎂和醋酸鋁，醋酸鎂和醋酸鋁的摩爾比為1:2，醋酸鋁與尿素的摩爾比為1:15，并加入一定體積的去離子水形成250ml的混合溶液，尿素濃度為0.2mol/l。為使原料充分溶解和相互接觸，該溶液在60℃保溫3h。最后將上述溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中。在170℃，工作壓力為5mpa、反應(yīng)4h后，將所得產(chǎn)物經(jīng)去離子水和無(wú)水乙醇洗滌、抽濾后，置于烘箱中80℃干燥6h，得到前驅(qū)體，將其再放置于馬弗爐中經(jīng)700℃焙燒2h，即得到海草狀結(jié)構(gòu)的鋁酸鎂納米粉體。
鋁酸鎂納米粉體為海草狀結(jié)構(gòu)，單個(gè)鋁酸鎂納米晶為小片狀，片狀物相互橋架，形成海草狀結(jié)構(gòu)，海草狀鋁酸鎂粉體的寬度為320～340nm、厚度為50～60nm，海草狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度約1～2μm之間。比表面積為210m2/g的范圍內(nèi)。
經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例制備的碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料電導(dǎo)率0.5*106s/m，熱導(dǎo)率0.5w/mk，塞貝克系數(shù)s為400μv/k。
實(shí)施例4
本發(fā)明實(shí)施例4碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟：
1)將海草狀鋁酸鎂粉體和碳納米管混合(碳納米管在混合后所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10wt％)，加入到300ml正丁醇溶劑中，超聲分散30min，再超聲攪拌30min，所得溶劑加熱至70℃，溶劑緩慢揮發(fā)，所得粉體球磨30min。
2)將步驟1)制備的粉體進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，放電等離子燒結(jié)升溫速率為60℃/min，陶瓷坯體燒結(jié)壓力70mpa，保溫溫度1100℃，保溫時(shí)間15min，得到碳納米管-鋁酸鎂陶瓷復(fù)合材料。
所述海草狀鋁酸鎂粉體的制備方法包括：
將100mmol尿素溶解到300ml的去離子水中，在攪拌下升溫至60℃，并恒溫水浴30min，使尿素充分溶解。然后向其中加入聚乙烯醇，并在恒溫?cái)嚢柘率剐蚊部刂苿┏浞秩芙庑纬删鶆蛉芤?，其中聚乙烯醇與尿素的摩爾比為4:1；再向上述溶液中加入氯化鎂和氯化鋁，氯化鎂和氯化鋁的摩爾比為1:2，硝酸鋁與尿素的摩爾比為1:35，并加入一定體積的去離子水形成125ml的混合溶液，尿素濃度為0.8mol/l。為使原料充分溶解和相互接觸，該溶液在60℃保溫3h。最后將上述溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中。在140℃，工作壓力為5mpa、反應(yīng)5h后，將所得產(chǎn)物經(jīng)去離子水和無(wú)水乙醇洗滌、抽濾后，置于烘箱中80℃干燥6h，得到前驅(qū)體，將其再放置于馬弗爐中經(jīng)1000℃焙燒2h，即得到海草狀結(jié)構(gòu)的鋁酸鎂納米粉體。
鋁酸鎂納米粉體為海草狀結(jié)構(gòu)，單個(gè)鋁酸鎂納米晶為小片狀，片狀物相互橋架，形成海草狀結(jié)構(gòu)，海草狀鋁酸鎂粉體的寬度為250～280nm、厚度為50～65nm，海草狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度約3～4μm之間。比表面積為170m2/g的范圍內(nèi)。
經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例制備的碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料電導(dǎo)率2*106s/m，熱導(dǎo)率0.6w/mk，塞貝克系數(shù)s為600μv/k。
實(shí)施例5
本發(fā)明實(shí)施例5碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟：
1)將海草狀鋁酸鎂粉體和碳納米管混合(碳納米管在混合后所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1wt％)，加入到400ml四氫呋喃溶劑中，超聲分散20min，再超聲攪拌20min，所得溶劑加熱至60℃，溶劑緩慢揮發(fā)，所得粉體研磨20min。
2)將步驟1)制備的粉體進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，放電等離子燒結(jié)升溫速率為20℃/min，陶瓷坯體燒結(jié)壓力30mpa，保溫溫度1100℃，保溫時(shí)間10min，得到碳納米管-鋁酸鎂陶瓷復(fù)合材料。
所述海草狀鋁酸鎂粉體的制備方法包括：
將500mmol尿素溶解到500ml的去離子水中，在攪拌下升溫至80℃，并恒溫水浴60min，使尿素充分溶解。然后向其中加入十二烷基硫酸鈉，并在恒溫?cái)嚢柘率剐蚊部刂苿┏浞秩芙庑纬删鶆蛉芤?，其中十二烷基硫酸鈉與尿素的摩爾比為3:1；再向上述溶液中加入醋酸鎂和氯化鋁，其中醋酸鎂和氯化鋁的摩爾比為1:2，氯化鋁與尿素的摩爾比為1:50，并加入一定體積的去離子水形成500ml的混合溶液，尿素濃度為1mol/l。為使原料充分溶解和相互接觸，該溶液在80℃保溫3h。最后將上述溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中。在180℃，工作壓力為5mpa、反應(yīng)3h后，將所得產(chǎn)物經(jīng)去離子水和無(wú)水乙醇洗滌、抽濾后，置于烘箱中80℃干燥6h，得到前驅(qū)體，將其再放置于馬弗爐中經(jīng)1200℃焙燒2h，即得到海草狀結(jié)構(gòu)的鋁酸鎂納米粉體。
鋁酸鎂納米粉體為海草狀結(jié)構(gòu)，單個(gè)鋁酸鎂納米晶為小片狀，片狀物相互橋架，形成海草狀結(jié)構(gòu)，海草狀鋁酸鎂粉體的寬度為380～400nm、厚度為60～70nm，海草狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度約3～4μm之間。比表面積為250m2/g的范圍內(nèi)。
經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例制備的碳納米管-鋁酸鎂復(fù)合材料電導(dǎo)率為5*106s/m，熱導(dǎo)率為1.0w/mk，塞貝克系數(shù)s為200μv/k。
上述本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明將海草狀的鋁酸鎂納米粉體與碳納米管均勻混合，使碳納米管均勻分布于鋁酸鎂基體中，由于碳納米管的一維結(jié)構(gòu)，極少含量的碳納米管就易于形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予復(fù)合材料高的電導(dǎo)率；碳納米管在鋁酸鎂晶粒之間的晶界處，抑制燒結(jié)過(guò)程中晶粒的增長(zhǎng)，這些存在的小晶粒及多重界面能產(chǎn)生能量過(guò)濾效應(yīng)，過(guò)濾掉低能載流子，有助于復(fù)合材料塞貝克系數(shù)的增大；且多重界面的存在，對(duì)聲子產(chǎn)生強(qiáng)的散射，盡管碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)高，但是并沒(méi)有提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。因此，最終極大地改善了鋁酸鎂陶瓷的熱電性能。
本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、操作便利、效率高、成本低，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)，且充分利用鋁酸鎂基體的高熱穩(wěn)定性、環(huán)境友好性、耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)及碳納米管的高電導(dǎo)率和在基體中空間分布特點(diǎn)，在工業(yè)廢熱發(fā)電領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。
盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。