[發明專利]自支撐柔性PEDOT納米纖維/SWCNTs復合熱電材料薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710441710.1
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107146842B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 蔡克峰;宋海軍
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01L35/24
• 分類號: H01L35/24;H01L35/34;B82Y30/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種自支撐柔性PEDOT納米纖維/SWCNTs復合熱電材料薄膜及其制備方法，其通過以下步驟制成：(1)取陰離子型表面活性劑溶于去離子水中，加入氧化劑，油浴下攪拌，得到混合溶液A；(2)取EDOT單體加入到混合溶液A中，油浴反應，冷卻，分離，清洗，得到PEDOT納米纖維，分散于甲醇中備用；(3)取SWCNTs超聲分散于甲醇中，再與PEDOT甲醇溶液混合后超聲，得到混合溶液B；(4)再將混合溶液B采用真空抽濾法抽濾到微孔濾膜上，干燥，即得到所述自支撐柔性PEDOT納米纖維/SWCNTs復合熱電材料薄膜。與現有技術相比，本發明有效的復合了PEDOT的高導電性和SWCNTs的高Seebeck系數，在室溫下的功率因子達14.4μV/mK²，此外，制備方法簡單，產量高，可重復性高等。

技術領域

本發明涉及柔性電子材料領域，尤其是涉及一種自支撐柔性PEDOT納米纖維 /SWCNTs復合熱電材料薄膜及其制備方法。

背景技術

近來，柔性電子材料由于具有柔軟、可變形、質輕、便攜、可大面積應用，并可與旋涂、噴印、壓印等溶液化工藝，以及R2R制造兼容等特性引發了越來越廣泛的關注。其中構建可穿戴式的能量采集的柔性材料及其器件化是柔性電子的一個重要發展方向。

熱電材料是一種環境友好型的“綠色”能源轉換材料，可以直接實現熱能和電能的相互轉換，且不污染環境。用熱電材料構筑的熱電器件發電技術可利用廢熱發電及開發沒有被充分利用的太陽能。熱電能量轉換技術作為環境協調型能源轉換的新型技術已經得到世界許多先進國家的高度重視。當前研究的熱電材料以無機半導體為主，然而熱導率高，資源稀缺，加工成本高等制約了其進一步發展，熱電性能始終難以得到突破性的進展。導電高分子的出現為熱電材料的研究提供了一個嶄新的方向。原材料豐富、質量輕、熱導率低、易加工、可溶液處理，且能帶結構豐富等特點為導電高分子作為新一代的熱電材料及可穿戴電子設備提供了潛在可能性。

導電高分子聚3,4-乙撐二氧噻吩(PEDOT)以及通過聚苯磺酸乙烯 (Poly-styrenesulfonate,PSS)摻雜形成的PEDOT:PSS水溶液由于具有非常低的熱導率以及摻雜處理可以媲美ITO導電玻璃的高電導率而引起熱電領域的廣泛關注。但目前商用PEDOT:PSS的水溶液(PEDOT:PSS的含量僅為1～1.3wt％)價格昂貴 (約1000$/KG),用它為原料成本較高。EDOT單體價格較低，但傳統的原位氧化聚合得到的PEDOT為微米尺寸的粉末狀，無法用作柔性電子材料，而且電導率較低，一般都低于100S/cm，無法提供較高的熱電性能。據Foulger等人報道，一維的 PEDOT nanofiber具有較高的電導率和成膜特性(Small,2006,2,1164-1169)，但其 Seebeck系數仍然較低，限制了其進一步的熱電應用。

與具有高Seebeck系數的無機熱電材料或納米碳材料的復合是提高有機熱電材料性能的一個常用方法。碳納米管(CNTs)由于具有良好的導電性、機械性能和熱穩定性很適合作為聚合物的填料來提高復合材料的熱電性能。Fan等通過化學氧化法制備了聚苯胺PANI/CNT復合材料，由于載流子能量過濾效應的緣故復合材料的Seebeck系數比兩個組分的都要大(Advanced Materials,2010,22,535-539)。然而，該材料的性能仍然較低，而且制得的復合材料為粉末狀，無法用于柔性電子材料。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種自支撐柔性PEDOT納米纖維/SWCNTs復合熱電材料薄膜及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種自支撐柔性PEDOT納米纖維/SWCNTs復合熱電材料薄膜，其由一維的 PEDOT納米纖維與一維SWCNTs交織組成導電網絡結構，其中，SWCNTs的質量含量為5-55wt％。

作為優選的實施方案，所述的PEDOT納米纖維的直徑為30-200nm，所述的 SWCNTs的直徑小于10nm。