[發(fā)明專利]具有熱電效應(yīng)的聚合物皮芯復(fù)合纖維及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611250721.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106637489B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海輝;劉艷欣;靳艷梅;張興祥;王建平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): D01F8/06
• 分類號(hào): D01F8/06;D01F8/12;D01F8/14;D01F1/10;D01D5/34
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 朱紅星

本發(fā)明公開(kāi)了一種具有熱電效應(yīng)的聚合物皮芯復(fù)合纖維及其制備方法與應(yīng)用。它是由聚合物皮層與熱電母粒材料芯層組成；皮層與芯層的質(zhì)量比為2:1至1:2；所述聚合物皮層為聚丙烯，聚酰胺6，聚酰胺66，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹(shù)脂的一種；所述熱電母粒材料芯層由碳納米管或石墨烯、碲化鉍、樹(shù)脂三元組分組成。本發(fā)明采用石墨烯、碲化鉍、高分子樹(shù)脂為原料，通過(guò)熔融共混、固相力剪切等方法，一步實(shí)現(xiàn)石墨烯、碲化鉍復(fù)合相的均勻分散。制備出熱電母粒后，采用熔融復(fù)合紡絲技術(shù)，制備皮芯復(fù)合熱電纖維材料。該纖維材料在熱電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。可以制作成熱電致冷器件置于織物及衣服內(nèi)，溫度可調(diào)實(shí)現(xiàn)溫度舒適可調(diào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱電材料及器件制備領(lǐng)域，涉及具有熱電性質(zhì)的纖維和由這類纖維制成的裝置。具體為一種具有熱電效應(yīng)的聚合物皮芯復(fù)合纖維及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

世界性的難題。因此，開(kāi)發(fā)和使用新型綠色能源已經(jīng)變得非常迫切。而在工業(yè)生產(chǎn)和生活中有許多無(wú)法避免其生成、卻又被廢棄的熱能，例如：地?zé)帷⒛Σ辽鸁帷⑵囄矚狻㈠仩t排放的熱蒸汽、鋼鐵廠余熱等等，如果能將這些廢熱進(jìn)行有效的回收利用將成為緩解不可再生能源危機(jī)的一種有效手段。而熱電材料正是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料。

熱電材料是指通過(guò)材料內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的綠色環(huán)保型功能材料，其主要特點(diǎn)是對(duì)環(huán)境無(wú)污染和能源利用多樣性，有望緩解人類所面臨的兩大難題--能源危機(jī)和環(huán)境污染。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的賽貝克(Seebeck)效應(yīng)和帕爾帖(Peltier) 效應(yīng)進(jìn)行能量直接轉(zhuǎn)換的技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率主要取決于材料的無(wú)量綱性能指數(shù)，即作為全固態(tài)發(fā)電及致冷器，熱電器件有著其他材料不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，例如無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)噪聲、容易微型化、易于控制、可靠性高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。無(wú)機(jī)熱電材料由于其 ZT 值可達(dá) 1.0左右，一直受到廣泛關(guān)注，但是其同時(shí)也存在成本高、可加工性差的缺點(diǎn)。而有機(jī)熱電材料具有原材料豐富、成本低、質(zhì)量輕、易于合成并且可加工性高等顯著優(yōu)勢(shì)。另外，有機(jī)熱電材料具有熱導(dǎo)率低的優(yōu)勢(shì)，通常其數(shù)值只有無(wú)機(jī)熱電材料的十分之一。然而，有機(jī)熱電材料電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)低，使得其熱電功率因子偏低，只相當(dāng)于目前較理想的無(wú)機(jī)熱電材料功率因子的千分之一。

在傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料中，改善載流子遷移率可以帶來(lái)電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)的同時(shí)提高。有機(jī)熱電材料中，載流子的傳輸主要通過(guò)極化子在分子鏈內(nèi)和鏈間的躍遷來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此聚合物分子鏈構(gòu)型、排布方式以及納米導(dǎo)電摻雜對(duì)載流子遷移率有顯著影響。在有機(jī)熱電材料中，載流子主要通過(guò)極化子在聚合物分子鏈內(nèi)和鏈間的躍遷進(jìn)行傳輸，因此聚合物分子鏈構(gòu)型和分子鏈排布方式對(duì)載流子遷移率有顯著影響。增強(qiáng)分子鏈的延展性、提高分子鏈排布的有序性是實(shí)現(xiàn)有機(jī)熱電材料中熱電性能的提高的重要途徑。

石墨烯作為一種新材料，具有其它材料不可比擬的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，所以將石墨烯與聚合物等材料結(jié)合起來(lái)改善、增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。在具有導(dǎo)電性的聚合物/石墨烯中，引入微米級(jí)碲化鉍，可以使有機(jī)聚合物具有熱電效果，同時(shí)，可以采用常規(guī)聚合物加工工藝進(jìn)行加工。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種采用石墨烯、碲化鉍、高分子樹(shù)脂（聚丙烯，聚酰胺6，聚酰胺66，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹(shù)脂）為原料，通過(guò)熔融共混、固相力剪切等方法，一步實(shí)現(xiàn)石墨烯、碲化鉍復(fù)合相的均勻分散。制備出熱電母粒后，采用熔融復(fù)合紡絲技術(shù)，制備皮芯復(fù)合熱電纖維材料。

本發(fā)明的目的在于提供一種具有熱電效應(yīng)的聚合物皮芯復(fù)合纖維及其制備方法和應(yīng)用。所述纖維在熱電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。可以制作成熱電致冷器件置于織物及衣服內(nèi)，溫度可調(diào)實(shí)現(xiàn)溫度舒適可調(diào)。制備工藝簡(jiǎn)單，可采用常規(guī)紡絲工藝進(jìn)行制備，制備效率高，工藝參數(shù)容易控制。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了如下的技術(shù)內(nèi)容：

一種具有熱電效應(yīng)的聚合物皮芯復(fù)合纖維，其特征在于它是由聚合物皮層與熱電母粒材料芯層組成；皮層與芯層的質(zhì)量比為1:2至2:1；