[發明專利]一種利用含可移除側鏈聚合物制備熱電材料的方法與熱電材料

有效

• 申請號: 202110479174.0
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113354797B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 高春梅;毛先華;王雷
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C08L65/00;C08J5/18;C08J7/00;H01L35/24;H01L35/34
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 劉芙蓉

本發明公開一種利用含可移除側鏈聚合物制備熱電材料的方法與熱電材料。本發明將可移除側鏈引入聚合物，利于提高聚合物溶解度，將其溶液加工成膜后，再利用高溫退火將側鏈選擇性移除，聚合物的有序性增加，結晶性提高，有利于電荷傳輸，獲得了高的載流子濃度，從而提高了熱電性能。本發明的熱電材料除了具有較高的功率因子之外，還具有良好的柔韌性以及一定的機械性能，使得該有機熱電材料有望應用于柔性可穿戴熱電設備中。

技術領域

本發明涉及熱電材料領域，尤其涉及一種利用含可移除側鏈聚合物制備熱電材料的方法與熱電材料。

背景技術

全球工業發展迅速，能源缺乏越來越嚴重，因此開發新型綠色能源和提高能源利用率至關重要。熱電器件可以實現熱能和電能的直接相互轉化，具有污染少、無噪音、無機械損耗等優點，是一種理想的環保型能源轉換器件。熱電材料是利用固體內部載流子的運動來實現熱能和電能之間相互轉換的半導體功能材料，主要包括三個基本物理現象：Seebeck效應(溫差產生電場)、Peltier效應(電場驅動載流子通過異質結界面吸/放熱)和Thomson效應(描述具有溫度梯度的載流導體的加熱和冷卻過程)。這三種效應構成了描述熱電能量直接轉換物理效應的完整體系。其具有體積小、質量輕、運行安靜且無需轉換介質和機械可動部分等優點，作為一種新型能源材料被廣泛關注。

熱電材料的性能由無量綱熱電優值ZT＝S²σT/κ來表征，其中S為材料的Seebeck系數，σ為電導率，T為熱力學絕對溫度，κ是熱導率(分為電子導熱系數κ_e，晶格導熱系數κ_l)。ZT值越大熱電轉換效率越高，其熱電材料的性能就越優異，因此一種優異的熱電材料必須具備高Seebeck系數和高電導率，即較高的功率因子(PF，PF＝S²σ)，并同時具備較低的熱導率。然而S，σ和κ之間關聯緊密，S與材料的載流子和態密度有關，σ取決于載流子濃度和遷移率；熱導率則包括載流子熱導率和聲子熱導率兩部分。提高材料的載流子濃度雖然有利于σ提高，但卻使S降低和κ_e上升，正因如此產生了異常復雜的制約關系。因此，如何合理調節材料的S，σ和κ值以獲得最優的ZT值是熱電材料領域急需解決的關鍵問題。

熱電材料主要分為無機熱電材料和有機熱電材料。近年來，無機熱電材料發展迅速，如PbTe、GeTe、Bi₂Te₃及Sb₂Te₃等，均取得了一定的研究成果。然而，無機熱電材料存在資源少、成本高、加工困難、毒性大和熱導高等缺點，很大程度上限制了它們的商業化發展。與無機熱電材料相比，有機熱電材料因其資源豐富、價格低廉、易合成、易加工且熱導率低等優點，成為具有潛力的熱電材料。另外，有機熱電材料制作的熱電設備還具有輕便、靈活、無毒、可穿戴等優勢，在偏遠地區發電(如軍事現場部署)和為需要低功耗的小型移動無線設備供電(如運動員或應急響應人員的健康傳感器)等應用上顯示出巨大的潛力。有機熱電材料雖然得到較快的發展，但與無機材料的熱電性能相比，還存在巨大的差距，如何提高有機熱電材料的性能是目前研究的熱點也是難點。通過優化結構獲得窄帶隙的共軛聚合物是目前提高材料熱電性能最有效的方法之一，新型D-A結構的聚合物可以通過調節結構來調控其平面性，并調節能級和帶隙。帶隙的減小，有助于聚合物摻雜水平的提高，從而提高材料的熱電性能。然而共軛聚合物分子鏈一般都是柔性結構，容易發生扭曲和纏結，使得載流子在分子鏈內和鏈間的“跳躍”傳輸變得困難，降低導電性，導致熱電性能較低。

因此，現有技術仍有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種利用含可移除側鏈聚合物制備熱電材料的方法與熱電材料，旨在解決現有的有機聚合物熱電材料的熱電性能較低的問題。

本發明的技術方案如下：