聚3,4-二氧乙撐噻吩-聚苯乙烯磺酸及其復(fù)合材料的熱電性能研究.pdf

1、熱電材料是一種應(yīng)用于發(fā)電和制冷領(lǐng)域的環(huán)境友好型綠色能源轉(zhuǎn)換材料,利用熱電技術(shù)可以直接實現(xiàn)熱能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)廢熱的充分利用和能源的節(jié)約而不污染環(huán)境。與傳統(tǒng)的無機(jī)熱電材料相比,導(dǎo)電高分子由于具有資源豐富、可加工性強(qiáng)、較低的熱導(dǎo)率和良好的環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點,作為一種新型的熱電材料受到科研人員越來越多的關(guān)注。聚(3,4-二氧乙撐噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)是應(yīng)用最為廣泛的一種導(dǎo)電高分子材料,具有較高的電導(dǎo)率、較低的熱導(dǎo)率

2、和良好的環(huán)境穩(wěn)定性以及獨(dú)特的“金屬及非金屬”性能,是一種非常具有潛在價值的有機(jī)熱電材料。因此,研究PEDOT:PSS的熱電性能具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。本文采用二次摻雜以及同無機(jī)微納米材料復(fù)合的方法制備了PEDOT:PSS薄膜及其復(fù)合材料,并對它們的熱電性能進(jìn)行了測試和分析。具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　 1.利用具有高接觸角(87°)表面光滑的聚丙烯(PP)薄膜作為基底制備了經(jīng)有機(jī)溶劑二甲基亞砜(DMSO)或乙二醇(EG)

3、二次摻雜后的高電導(dǎo)率的PEDOT:PSS自支撐薄膜,其最大值可以達(dá)到300 S·cm-1。PEDOT:PSS在PP基底上接觸角的大小是影響形成自支撐薄膜的重要因素。經(jīng)DMSO或EG二次摻雜后的PEDOT:PSS自支撐薄膜的電導(dǎo)率有很大的提高,但是其Seebeck系數(shù)并沒有明顯的改變。DMSO或EG的摻雜過程導(dǎo)致了PEDOT:PSS自支撐薄膜載流子遷移率的提高,并沒有明顯的改變載流子濃度。經(jīng)DMSO或EG摻雜的PEDOT:PSS自支撐薄膜

4、的最大熱電優(yōu)值(ZT)可以達(dá)到1.07×10-2；
　　 2.以表面光滑的聚丙烯(PP)薄膜作為基底,采用物理混合的方法制備了PEDOT:PSS與多壁碳納米管(MWNTs)的納米復(fù)合材料。透射電鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)表征結(jié)果顯示PEDOT:PSS與MWNTs復(fù)合在了一起。熱電性能測試表明,隨著MWNTs的加入,復(fù)合材料的電導(dǎo)率有所降低,但其Seebeck系數(shù)變化不明顯。PEDOT:PSS/MWNT納米復(fù)合材料的最大功率

5、因子σS2為4.3×10-6 W·m-1·K-2；
　　 3.以表面光滑的聚丙烯(PP)薄膜作為基底,采用物理混合的方法制備了PEDOT:PSS與鈷酸鈣(Ca3Co4O9)粉末的復(fù)合物薄膜。熱電性能測試結(jié)果表明,隨著Ca3Co4O9含量的增加,復(fù)合物材料的電導(dǎo)率減小,而Seebeck系數(shù)升高,最大提高值可以到24.8％。PEDOT:PSS/Ca3Co4O9復(fù)合材料的最大功率因子σS2為3.8×10-6 W·m-1·K-2,然而這

6、依然低于Ca3Co4O9陶瓷的熱電性能。PEDOT:PSS/Ca3Co4O9復(fù)合材料熱電性能的降低主要是由于電導(dǎo)率的降低和Seebeck系數(shù)提高的幅度有限導(dǎo)致的；
　　 4.通過向PEDOT:PSS水溶液中添加離子液(1L),制備了PEDOT:PSS/IL薄膜。隨著薄膜中離子液含量的增加,電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)同時得到了顯著的提高,其最大值分別達(dá)到了175 S·cm-1和31μV·K-1。通過原子粒掃描電鏡分析,電導(dǎo)率和Se