PEDOT：PSS基復(fù)合熱電材料的制備與性能表征.pdf

1、熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電能和熱能直接轉(zhuǎn)化的材料，可用于廢熱發(fā)電以及固態(tài)制冷，目前已經(jīng)在航天、半導(dǎo)體制冷等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用。就目前研究現(xiàn)狀而言，無機(jī)熱電材料的熱電轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于有機(jī)熱電材料，所以一直以來研究比較多的是無機(jī)熱電材料。但是無機(jī)熱電材料存在原料成本高、制備過程復(fù)雜以及加工性較差等方面問題。因此近來，人們逐漸將目光投向了成本低、制備簡(jiǎn)易以及具有柔性等優(yōu)點(diǎn)的有機(jī)熱電材料。聚（3,4-乙撐二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）熱

2、電材料被認(rèn)為是熱電性能最好的有機(jī)熱電材料。但目前PEDOT:PSS熱電材料的研究大部分都集中在薄膜材料，塊體PEDOT:PSS的研究少之又少。盡管已有報(bào)道PEDOT:PSS薄膜材料具有著較好的熱電性能，但從大規(guī)模的熱電器件應(yīng)用角度考慮，制備高性能的塊體PEDOT:PSS更具有實(shí)際意義。然而目前的塊體有機(jī)熱電材料的熱電轉(zhuǎn)換效率卻還無法滿足應(yīng)用要求，因此必須對(duì)其進(jìn)行提升。根據(jù)之前研究表明，通過在PEDOT:PSS基體中引入無機(jī)或金屬復(fù)合相能

3、夠提升電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)，并且能夠同時(shí)保留PEDOT:PSS低熱導(dǎo)率的特點(diǎn)，將成為今后PEDOT:PSS熱電材料優(yōu)化的主要方向。因此，本文分別從優(yōu)化電導(dǎo)率以及Seebeck系數(shù)兩大熱電參數(shù)入手，將納米銀材料以及碲銻鉍合金引入PEDOT:PSS基體中，以期提高熱電性能。主要的工作內(nèi)容如下：
　?。?）首先通過熱壓成型法制備了PEDOT：PSS塊體材料，然后通過改變壓力和熱壓溫度，探索出最佳的塊體PEDOT:PSS熱壓成型工藝

4、，確立了熱壓成型制備塊體PEDOT:PSS熱電材料的成型制度。
　?。?）采用多元醇法和機(jī)械粉碎法分別制備銀納米線（AgNWs）、銀納米顆粒（AgNPs）和碲銻鉍（Bi0.4Sb1.6Te3）粉體。通過FE-SEM和 TEM等分析技術(shù)對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行了微觀形貌分析。AgNWs的直徑尺寸為60nm，長(zhǎng)度為2-4μm左右。AgNPs的尺寸在40nm左右，顆粒形狀以立方體為主。Bi0.4Sb1.6Te3粉體顆粒大小尺寸在100nm-2μm

5、之間，呈無規(guī)則顆粒狀。
　　（3）利用超聲復(fù)合法將比例不同的AgNWs和PEDOT:PSS進(jìn)行復(fù)合，得到復(fù)合粉體，熱壓成型得到塊體AgNWs/PEDOT:PSS復(fù)合樣品。通過XRD、FE-SEM、TEM對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，結(jié)果表明AgNWs均勻分散在PEDOT:PSS基體中。通過賽貝克系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)、DSC以及激光熱導(dǎo)儀來測(cè)試樣品的電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)以及熱導(dǎo)率等熱電性能。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)AgNWs復(fù)合量達(dá)到20wt％時(shí)，樣

6、品的電導(dǎo)率有明顯提升，最終 ZT值在300K時(shí)達(dá)到了2.4×10-3，相比純PEDOT:PSS的ZT值上升4倍左右。
　?。?）分別利用溶液共混法和粉體共混法兩種不同的方法制備AgNPs/PEDOT:PSS復(fù)合粉體，最后通過熱壓成型法制備得到塊體AgNWs/PEDOT:PSS復(fù)合樣品。通過XRD、FE-SEM、TEM對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，通過賽貝克系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)、DSC以及激光熱導(dǎo)儀表征樣品的電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)以及熱導(dǎo)率等

7、熱電性能。研究結(jié)果表明粉體共混法能夠使AgNPs均勻分散在PEDOT:PSS基體中，所得復(fù)合樣品的熱電性能高于溶液共混法。但由于 AgNPs對(duì)于載流子的散射較為嚴(yán)重，對(duì)整體ZT值的優(yōu)化效果并不理想，因此最高ZT值僅為1.3×10-3。
　?。?）利用冷凍研磨法將PEDOT:PSS粉體與碲銻鉍（Bi0.4Sb1.6Te3）粉體進(jìn)行均勻混合，得到Bi0.4Sb1.6Te3/PEDOT:PSS復(fù)合粉體，經(jīng)過熱壓成型得到Bi0.4Sb1.