PEDOT:PSS基复合热电材料的制备与性能表征

发布时间：2017-04-07 18:12

  本文关键词：PEDOT:PSS基复合热电材料的制备与性能表征，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：热电材料是一种能够实现电能和热能直接转化的材料,可用于废热发电以及固态制冷,目前已经在航天、半导体制冷等领域实现了应用。就目前研究现状而言,无机热电材料的热电转换效率远高于有机热电材料,所以一直以来研究比较多的是无机热电材料。但是无机热电材料存在原料成本高、制备过程复杂以及加工性较差等方面问题。因此近来,人们逐渐将目光投向了成本低、制备简易以及具有柔性等优点的有机热电材料。聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)热电材料被认为是热电性能最好的有机热电材料。但目前PEDOT:PSS热电材料的研究大部分都集中在薄膜材料,块体PEDOT:PSS的研究少之又少。尽管已有报道PEDOT:PSS薄膜材料具有着较好的热电性能,但从大规模的热电器件应用角度考虑,制备高性能的块体PEDOT:PSS更具有实际意义。然而目前的块体有机热电材料的热电转换效率却还无法满足应用要求,因此必须对其进行提升。根据之前研究表明,通过在PEDOT:PSS基体中引入无机或金属复合相能够提升电导率和Seebeck系数,并且能够同时保留PEDOT:PSS低热导率的特点,将成为今后PEDOT:PSS热电材料优化的主要方向。因此,本文分别从优化电导率以及Seebeck系数两大热电参数入手,将纳米银材料以及碲锑铋合金引入pedot:pss基体中,以期提高热电性能。主要的工作内容如下:(1)首先通过热压成型法制备了pedot:pss块体材料,然后通过改变压力和热压温度,探索出最佳的块体pedot:pss热压成型工艺,确立了热压成型制备块体pedot:pss热电材料的成型制度。(2)采用多元醇法和机械粉碎法分别制备银纳米线(agnws)、银纳米颗粒(agnps)和碲锑铋(bi0.4sb1.6te3)粉体。通过fe-sem和tem等分析技术对所得产物进行了微观形貌分析。agnws的直径尺寸为60nm,长度为2-4μm左右。agnps的尺寸在40nm左右,颗粒形状以立方体为主。bi0.4sb1.6te3粉体颗粒大小尺寸在100nm-2μm之间,呈无规则颗粒状。(3)利用超声复合法将比例不同的agnws和pedot:pss进行复合,得到复合粉体,热压成型得到块体agnws/pedot:pss复合样品。通过xrd、fe-sem、tem对其微观结构进行了表征,结果表明agnws均匀分散在pedot:pss基体中。通过赛贝克系数测试系统、dsc以及激光热导仪来测试样品的电导率、seebeck系数以及热导率等热电性能。研究结果发现当agnws复合量达到20wt%时,样品的电导率有明显提升,最终zt值在300k时达到了2.4×10-3,相比纯pedot:pss的zt值上升4倍左右。(4)分别利用溶液共混法和粉体共混法两种不同的方法制备agnps/pedot:pss复合粉体,最后通过热压成型法制备得到块体agnws/pedot:pss复合样品。通过xrd、fe-sem、tem对其微观结构进行了表征,通过赛贝克系数测试系统、DSC以及激光热导仪表征样品的电导率、Seebeck系数以及热导率等热电性能。研究结果表明粉体共混法能够使AgNPs均匀分散在PEDOT:PSS基体中,所得复合样品的热电性能高于溶液共混法。但由于AgNPs对于载流子的散射较为严重,对整体ZT值的优化效果并不理想,因此最高ZT值仅为1.3×10-3。(5)利用冷冻研磨法将PEDOT:PSS粉体与碲锑铋(Bi0.4Sb1.6Te3)粉体进行均匀混合,得到Bi0.4Sb1.6Te3/PEDOT:PSS复合粉体,经过热压成型得到Bi0.4Sb1.6Te3/PEDOT:PSS块体样品。通过XRD和FE-SEM对其结构进行了表征,并且测试了样品的电导率、Seebeck系数以及热导率等热电性能。研究结果表明,引入Bi0.4Sb1.6Te3能够同时提升复合材料的电导率和Seebeck系数,最终ZT值达到了3.8×10-3,相比PEDOT:PSS材料提升了两倍。
【关键词】：热电材料 PEDOT:PSS 有机-无机复合 纳米银 碲锑铋
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 引言12-13
• 1.2 热电材料概述13-14
• 1.2.1 Seebeck效应13
• 1.2.2 Peltier效应13
• 1.2.3 Thomson 效应13-14
• 1.3 热电性能的评价14-16
• 1.3.1 电导率14-15
• 1.3.2 Seebeck系数15
• 1.3.3 热导率15-16
• 1.4 热电材料的发展现状及所面临的问题16-18
• 1.4.1 热电材料的发展现状16-17
• 1.4.2 热电材料面临的问题17-18
• 1.5 有机热电材料概述18-20
• 1.5.1 导电聚合物的导电机理18-19
• 1.5.2 聚乙炔19
• 1.5.3 聚噻吩19
• 1.5.4 聚苯胺19-20
• 1.6 PEDOT：PSS热电材料研究现状20-27
• 1.6.1 PEDOT：PSS的聚合21
• 1.6.2 PEDOT:PSS的性质21-22
• 1.6.3 PEDOT:PSS热电材料的研究进展22-23
• 1.6.4 PEDOT:PSS与无机、合金材料复合热电材料的研究进展23-27
• 1.7 本课题的选题意义及研究内容27-29
• 第二章 实验方法与表征手段29-37
• 2.1 实验流程29-30
• 2.2 复合粉体的制备30-31
• 2.2.1 AgNWs/PEDOT：PSS复合粉体制备30
• 2.2.2 AgNPs/PEDOT：PSS复合粉体制备30-31
• 2.2.3 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3/PEDOT：PSS复合粉体制备31
• 2.3 块体样品的制备31-33
• 2.4 样品的表征33-37
• 2.4.1 X射线衍射分析(XRD)33-34
• 2.4.2 傅立叶变换红外光谱(FTIR)34
• 2.4.3 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)34
• 2.4.4 透射电子显微镜(TEM)34
• 2.4.5 紫外吸收光谱(Uv-vis)34
• 2.4.6 电导率和Seebeck系数的测量34-35
• 2.4.7 热导率的测量35-36
• 2.4.8 霍尔效应的测量36-37
• 第三章 AgNWs/PEDOT：PSS复合热电材料的制备及表征37-48
• 3.1 前言37-38
• 3.2 块体AgNWs/PEDOT:PSS复合热电材料的结果与讨论38-47
• 3.2.1 AgNWs的表征38-39
• 3.2.2 块体复合样品的表征39-41
• 3.2.3 样品的热电性能测试41-47
• 3.3 本章小结47-48
• 第四章 AgNPs/PEDOT:PSS复合热电材料的制备及表征48-61
• 4.1 前言48-49
• 4.2 AgNPs的表征49-50
• 4.3 溶液法AgNPs/PEDOT:PSS块体复合热电材料的表征结果与分析50-54
• 4.3.1 溶液法AgNPs/PEDOT:PSS块体复合热电材料物相结构表征50-51
• 4.3.2 溶液法AgNPs/PEDOT:PSS块体复合热电材料热电性能51-54
• 4.4 粉体共混法AgNPs/PEDOT:PSS块体复合热电材料表征结果54-60
• 4.4.1 复合样品的物相结构表征54-56
• 4.4.2 粉体共混法AgNPs/PEDOT：PSS块体复合样品的热电性能56-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3/PEDOT:PSS复合热电材料制备及表征61-69
• 5.1 前言61-62
• 5.2 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3/PEDOT:PSS复合热电材料的结果与讨论62-68
• 5.2.1 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3的结构表征62-63
• 5.2.2 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3/PEDOT:PSS复合样品的结构表征63-64
• 5.2.3 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3/PEDOT:PSS复合样品的热电性能表征64-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 结论69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-78
• 附录：攻读硕士期间的学术成果78-79
• 致谢79

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李雪艳;王德松;安静;罗青枝;殷蓉;王彦红;王景慧;;导电聚合物/无机纳米复合材料的研究进展[J];材料导报;2007年S1期

2 郭洪范;朱红;林海燕;张积桥;於留芳;;聚噻吩/碳纳米管复合材料的制备与性能研究[J];功能材料;2007年09期

3 李新贵;黄美荣;沈华军;;聚噻吩纳米复合材料的制备及性能[J];化工进展;2007年09期

  本文关键词：PEDOT:PSS基复合热电材料的制备与性能表征，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：291027