基于PEDOT:PSS复合材料的制备及热电性能研究

发布时间：2018-01-14 12:32

本文关键词：基于PEDOT:PSS复合材料的制备及热电性能研究　出处：《江西科技师范大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来,由于环境污染和能源短缺问题日益严重,环境友好型清洁能源的开发及应用引起了科学家们越来越多的关注。作为一种绿色能源转换材料,热电材料可在不污染环境的条件下直接实现热能和电能的相互转换,实现废热的充分利用和能源的节约,可广泛用于发电与制冷方面。与无机热电材料相比,导电高分子材料具有质量轻、弹性好、易加工且资源丰富、特别是热导率低的等众多特点。因此,导电高分子热电材料逐渐成为研究的热点。聚(3,4-二氧乙撑噻吩)：聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)具有突出的优点,包括良好的成膜性能、较低的热导率、较好的环境稳定性、较高的电导率等,是非常具有潜力的有机热电材料。然而,相对于无机热电材料来讲,PEDOT:PSS的ZT值仍较低,不利于实际应用,这主要是由于其较低的Seebeck系数。为了提高PEDOT:PSS的热电性能,科研工作者做了很多的努力。合成复合热电材料被认为是一种重要的方式,因为通过复合可以整合各组分的优势,实现整体性能的提高。相关实验证明导电高分子与无机材料制备的复合热电材料可以在提高电导率的同时维持Seebeck系数相对稳定或有一定提升,而热导率仍保持在导电高分子的低水平上,这种协同效应对于新型热电材料的开发及制备指出了一条新道路。因此,研究PEDOT:PSS复合材料的热电性能具有十分重要的理论和现实意义。本文采用不同方法制备了PEDOT:PSS/无机复合材料,并系统地测试和分析了其热电性能。1.以宣纸作为一种有效的基底来制备PEDOT:PSS热电材料,采用毛笔将PEDOT:PSS溶液直接涂布在宣纸上,一步法制备得到自支撑的PEDOT:PSS/paper复合薄膜,并系统研究了其热电性能。这种制备方法与以前报道的PEDOT:PSS复合材料的制备方法相比,更加简便、高效、经济且具备大批量生产的潜能。在热电性能上,与单纯的PEDOT:PSS薄膜相比,PEDOT:PSS/paper复合薄膜展现了大幅提高的Seebeck系数(达到30.6μV/K)和电导率,且保持一个较低的热导率(0.16 W/m/K),ZT值最大达到5.5×10-3。此外,PEDOT:PSS/paper复合薄膜还展现了良好的柔韧性、轻质、水浸泡稳定性等特点,这在很大程度上扩展了它们在特殊条件下的应用。结果表明,宣纸可以作为一种有效的基底用来制备高性能的柔性有机热电复合薄膜。2.以自支撑PEDOT:PSS薄膜为工作电极,通过循环伏安法电化学沉积碲化铋,制备了具有Bi2Te3/PEDOT:PSS/Bi2Te3三明治结构的复合薄膜。通过控制沉积圈数的不同,制备了一系列PEDOT:PSS/Bi2Te3复合薄膜,并系统研究了复合材料的形貌结构特征及热电性能。结果表明,与单纯的PEDOT:PSS薄膜相比,PEDOT:PSS/Bi2Te3复合薄膜展现了较低的热导率(0.169 W/m/K-0.179 W/m/K)和较高的电导率(403.5 S/cm), Seebeck系数维持在一定的范围,ZT值最高达到1.72×10-2。这种方法提供了一种普遍适用的制备复合热电材料的方法,并可拓展用于其它研究领域。3.以自支撑PEDOT.PSS薄膜为工作电极,通过恒电流法电化学沉积分支状纳米碲,制备了具有Te/PEDOT:PSS/Te三明治结构的复合薄膜。系统研究了制备的复合材料的形貌结构特征及热电性能。结果表明,复合薄膜展现了较低的热导率(0.170 W/m/K-0.175 W/m/K)和较高的电导率(503.5 S/cmm),且随着电导率的升高,Seebeck系数在一个很小的范围内波动,ZT值最高达到2.1×10-2。4.通过抽滤的方法制备了PEDOT:PSS/SWCNTs复合材料,并探究了碳纳米管的含量的变化对复合材料热电性能的影响。结果表明,通过制备的PEDOT:PSS材料具备较高的电导率(达到1203.5 S/cm),Seebeck系数为15.3μV/K。当加入SWCNTs后,电导率有所降低,但是材料的Seebeck系数有了较大幅度的提高,最高达到46.11μV/K,且依然保持了一个较低的热导率。当碳纳米管含量为20wt.%时,PEDOT:PSS/SWCNTs复合材料的ZT值最高达到0.16,比以前报道的PEDOT:PSS的热电性能提高了两个数量级。这表明,抽滤制备PEDOT:PSS/SWCNTs复合材料是一种有效提高PEDOT:PSS热电性能的方法。
[Abstract]:Compared with inorganic thermoelectric materials , PEDOT : PSS / paper composite film has the advantages of light weight , good elasticity , easy processing and abundant resource , especially low thermal conductivity . PEDOT : PSS / SWCNTs composites were prepared by suction filtration . The results showed that the conductivity of PEDOT : PSS / SWCNTs composites was up to 0.16 , which was up to 46.11渭V / K when SWCNTs were added . The results showed that PEDOT : PSS / SWCNTs composite was an effective method to improve the thermal performance of PEDOT : PSS .

【学位授予单位】：江西科技师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;O631.2

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