[發明專利]一種pH調控p型、n型轉變的熱電材料及制備方法

在審

• 申請號: 201910282890.2
• 申請日: 2019-04-10
• 公開（公告）號: CN109841724A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 張云飛;樊梓汐;劉輝;杜飛鵬;李亮;鄢國平
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: H01L35/24
• 分類號: H01L35/24;H01L35/34
• 代理公司: 杭州千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 裴金華

本發明公開了一種pH調控p型、n型轉變的熱電材料及制備方法，本方法通過聚乙烯亞胺的摻雜及pH的調控，提高了聚乙烯亞胺/碳納米管熱電材料的n型穩定性，不僅提供一種pH調控p/n轉變的聚乙烯亞胺/碳納米管熱電材料，同時提供一種操作簡便、成膜性好、電導率高及p/n可調控的聚乙烯亞胺/碳納米管熱電材料制備新方法。

技術領域

本發明涉及熱電材料領域，具體涉及一種pH調控p型、n型轉變的熱電材料及制備方法。

背景技術

熱電材料是不依靠任何外部能量、無需機械部件，直接將“熱”轉化為“電”的材料。利用人體體溫與周圍環境的溫差發電，熱電材料成為便攜式智能電子器件自供電技術的有效解決方案。

材料的熱電轉換效率ZT=S²σT/κ（其中S、σ、T、κ分別為Seebeck系數、電導率、絕對溫度和導熱系數。

Te、Bi及其化合物等無機熱電材料具有高的熱電轉換效率，但復雜的制備工藝，高成本的原材料，特別是重金屬環境污染等問題，限制了這類熱電材料在可穿戴設備中的應用。有機高分子材料具有環境友好、低成本、良好加工性及可大規模生產，特別是有機材料易制備成為柔性器件，為可穿戴設備的設計與實際應用提供了良好的支撐。

通常，由p-型（空穴為載流子）和n-型（電子為載流子）熱電對模塊構成的熱電發電器件具有較高的熱電轉換效率。目前，高分子熱電材料多為p-型，因為n-型高分子材料因電子活潑性大，穩定性差，在空氣中易被氧化成p-型材料。目前研究的較多的n-型有機熱電材料是利用聚乙烯亞胺(PEI)作為供電子體與碳納米管復合，PEI將電子注入到碳納米管中，使得碳納米管由p-型轉為n-型，但PEI碳納米管復合材料在空氣中不穩定，很容易由n-型轉變為p-型。因此，制備穩定的有機n-型熱電材料是目前的研究熱點和研究難點。

最近，穩定的有機n-型熱電材料取得了一定的進展，某些穩定的有機n-型熱電材料表現出高的Seebeck系數，如自摻雜苝酰亞胺衍生物的塞貝克系數為-600 μV/K（B.Russal et al. Advanced Materials, 2014, 26(21): 3473），（苯胺-聚氧乙烯-苯胺）三嵌段共聚物的Seebeck系數為-1171 μV/K（X. Cheng et al. Macromolecular Chemistryand Physics, 2018, 219(9): 1700635），但它們的缺點是電導率太低。

發明內容

本發明的目的在于，針對上述現有技術的不足，提出一種pH調控p型、n型轉變的熱電材料及制備方法，該種方法提供一種穩定性好、電導率高、p/n可調控的有機熱電材料。

本發明提出的一種pH調控p型、n型轉變的熱電材料，按質量份包含以下組份：碳納米管3-7份、聚乙烯亞胺4-1000份、分散劑8-200份和緩沖調節劑。

進一步地，所述碳納米管為單壁碳納米管或者多壁碳納米管中的一種。

進一步地，所述聚乙烯亞胺的平均分子量為M.W.=600、1800、1000和70000中的一種。

進一步地，所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、聚乙烯對甲苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或者多種。

進一步地，所述緩沖調節劑為H₃PO4/NaH₂PO4、NaH₂PO4/Na₂HPO4、Na₂HPO4/Na₃PO4、tris/HCl、tris/NaOH中的一種。

進一步地，所述緩沖調節劑的pH調節范圍為1-5或者6-8或者9-14。

一種pH調控p型、n型轉變的熱電材料的制備方法，包括以下制備步驟：