[發明專利]一種柔性納米復合熱電材料的制備方法

有效

• 申請號: 201611177246.1
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106784285B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 杜永;李俊;徐家躍
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發明一種柔性納米復合熱電材料制備方法，首先將紙浸入在吡咯單體的水溶液中攪拌，當紙吸附吡咯單體充分后，將FeCl₃·6H₂O的水溶液滴加到上述溶液中，繼續攪拌；反應結束后，將合成好的PPy/紙納米復合材料樣品轉移到一個燒杯中，用去離子水和無水乙醇反復洗滌后進行干燥。將干燥后的復合材料在HCl溶液中浸泡進行摻雜，然后再次干燥。最后使用DMSO摻雜的PEDOT:PSS溶液對PPy/紙納米復合材料進行處理，干燥后得到柔性PPy/PEDOT:PSS/紙納米復合熱電材料。通過本發明的方法制備的柔性PPy/PEDOT:PSS/紙納米復合熱電材料可用于可穿戴柔性熱電發電和制冷器件領域。

技術領域

本發明屬于材料學領域，涉及一種熱電材料，具體來說是一種柔性納米復合熱電材料的制備方法。

背景技術

熱電材料又稱溫差電材料，是一類可以實現熱能和電能之間相互直接轉換的功能材料。使用熱電材料所制備的熱電發電和制冷器件在應用過程中具有結構簡單、體積小、無需運動部件、無磨損、無噪音、無污染等優點。因此，熱電材料是一類具有廣泛應用前景的環境友好材料。

熱電材料性能指標一般用無量綱優值ZT進行衡量，其表達式如下：

ZT＝S2σT/k

其中：S為Seebeck系數；σ為電導率；k為熱導率；T為熱力學溫度。上述公式中的三個物理量Seebeck、電導率和熱導率之間相互制約，難以獨立調控，所以很難提高材料的ZT值。

傳統的熱電材料主要是無機半導體材料，如Bi₂Te₃、PbTe等，由于存在著重金屬污染和加工工藝相對復雜等缺點，限制了其在可穿戴柔性熱電器件中的應用。有機熱電材料由于它們具有低密度、低熱導率、易合成和加工等優點已經被很多研究者所關注。聚吡咯(PPy)是有機熱電材料的一種，具有相對高的電導率、低熱導率、容易合成等優點，具有廣闊的應用前景。PEDOT:PSS是目前報道的ZT值最高的熱電材料，室溫下ZT能達到0.42(NatrueMaterials.12,2013, 719-23)。PEDOT:PSS還具有低的熱導率、低密度、透明度高、熱穩定性好、容易合成等優良特性。

紙是一種價格低廉和常見的材料。若能以紙作為柔性基底，采用適當的工藝制備柔性PPy/PEDOT:PSS/紙納米復合熱電材料，將可能發揮導電高分子PPy、PEDOT:PSS和紙各自的優點，從而制備出柔韌性好、可彎折、成本低、使用范圍廣的柔性熱電材料。并且所制備的柔性PPy/PEDOT:PSS/紙納米復合熱電材料在可穿戴熱電發電和制冷器件領域具有廣闊的應用前景和經濟價值。但是目前關于柔性PPy/PEDOT:PSS/紙納米復合熱電材料的制備和性能研究未見報道。

發明內容

針對現有技術的上述技術問題，本發明提供了一種柔性納米復合熱電材料的制備方法，所述的這種柔性納米復合熱電材料的制備方法具有工藝簡單、易操作等特點。

本發明提供了一種柔性納米復合熱電材料制備方法，包括如下步驟：

1)將紙剪切后浸入在吡咯單體的水溶液中，在吡咯單體的水溶液中，吡咯單體的體積百分比為0.1-1.2%，以100轉/分鐘-400轉/分鐘的速率進行攪拌；

2)當紙吸附吡咯單體充分后，將FeCl₃·6H₂O的水溶液滴加到上述溶液中，在所述的FeCl₃·6H₂O的水溶液中，FeCl₃·6H₂O和去離子水的質量體積比為1.5-15g:100ml，FeCl₃·6H₂O與吡咯單體的摩爾比是1:1-8:1，保持原有攪拌速率繼續攪拌反應4-24h；

3)一個洗滌的步驟，在所述的洗滌的步驟中，分別采用去離子水和無水乙醇清洗；