电化学沉积法制备PEDOT/PEDOT∶PSS基柔性纳米纤维膜及其热电性能
发布时间：2022-01-11 01:00
通过静电纺丝技术制备柔性热电薄膜是一种非常可行的方法,制得的纳米纤维会随机交叉排列形成多孔结构。该结构不仅可以增强薄膜的变形能力、柔性和延展性,还可以增加纳米纤维膜中低热导率的非流动空气的含量,有利于降低纳米纤维膜的导热系数,然而目前对于静电纺丝在柔性热电领域应用的相关研究非常少。本工作通过静电纺丝技术制备了具有良好自支撑性和柔性的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）∶聚对苯乙烯磺酸钠（PEDOT∶PSS）基纳米纤维膜,并结合电化学聚合法在该纳米纤维表面沉积了PEDOT导电层,得到了PEDOT/PEDOT∶PSS基热电纳米纤维膜。研究发现,聚合电位和单体浓度对热电纳米纤维膜的导电率有很大影响,最终在聚合电位为1. 5 V、单体浓度为0. 03 mol/L时,电导率和塞贝克系数分别为9. 582 S·cm-1和26. 7μV·K-1,最优PF值可达0. 68μW·m-1·K-2。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
不同单体浓度对热电纳米纤维膜热电性能的影响
以EDOT单体(99%,Sigma-Aldrich)为原料，0.1 mol/L高氯酸锂(99%,Sigma-Aldrich)/乙腈(分析纯，上海凌峰)为电解液，在载有纳米纤维膜的ITO导电玻璃上进行PEDOT的电化学聚合。在该实验中，使用普通三电极电解池，其中负载原始纳米纤维膜的ITO导电玻璃用作工作电极，铂片用作对电极，饱和甘汞电极用作参比电极，采用恒电位法进行电化学聚合沉积，反应时间为5 min。改变电化学聚合过程中的单体浓度以及聚合电位以研究不同反应条件对热电纳米纤维膜热电性能的影响。将ITO导电玻璃取出并用去离子水、乙醇冲洗干净;将热电纳米纤维膜取下并压平，并在40℃下真空干燥4 h。该方法的实验流程如图1所示。1.3 性能表征
图3b是不同聚合电位下在纳米纤维膜表面恒电位沉积PEDOT的I-t曲线。如图3b所示，聚合电流在前50 s内显著增加，而后聚合电流变化趋于稳定，这是单体浓度变化所致。在反应开始时电解液中单体的浓度相对较高，由于PEDOT可以在工作电极上快速聚合，从而聚合电流变化明显;然而，随着聚合反应的进行，电解液中的单体逐渐消耗并趋于动态平衡，聚合反应和聚合电流也逐渐稳定。另外，随着聚合电位的增大，聚合电流也增大，这是因为随着聚合电位的变化，在PEDOT的聚合过程中存在一定程度的过氧化情况，过氧化程度会影响聚合产物的电化学性能。对不同聚合电位下得到的薄膜进行XPS分析，结果如图3c所示。在EDOT可以发生氧化还原的聚合电位范围内，随着聚合电位的增大，O1s峰的强度逐渐增强，之后有所减小，表明在聚合电位为1.4 V时所得的PEDOT导电层的过氧化程度最大。图3d显示了不同聚合电位下获得的热电纳米纤维膜的电导率和塞贝克系数的变化，可见电导率和塞贝克系数均呈现出先减小后增大的趋势。当聚合电位相对较高时，PEDOT在聚合反应过程中发生了一定程度的过氧化现象，结构受损，分子链变短，最终形成共轭程度小的无序PEDOT分子链，从而导致薄膜的电导率下降。随着聚合电位的进一步增大，PEDOT的沉积速率加快，弥补了过氧化引起的电化学活性的损失;PE-DOT的氧化掺杂程度也有所提高，最终其热电性能得以提高。当聚合电位为1.2 V和1.5 V时，所得热电纳米纤维膜的功率因子相对较高。2.3 单体浓度对薄膜热电性能的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]原位聚合制备PEDOT-PSS/PVA电磁波吸收功能复合导电织物[J]. 李昕,许英涛,郑一平,张焱,李从举,陈光明. 高分子学报. 2017(04)
[2]GO/PEDOT复合材料修饰阳极的制备及其在MFC中的应用[J]. 霍庆城,黄仁亮,齐崴,苏荣欣,何志敏. 化工学报. 2016(10)
[3]电致变色导电聚合物PEDOT的研究进展[J]. 陶益杰,郑文伟,程海峰,刘东青. 材料导报. 2010(13)
本文编号：3581765
【文章来源】：材料导报. 2020,34(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
不同单体浓度对热电纳米纤维膜热电性能的影响
以EDOT单体(99%,Sigma-Aldrich)为原料，0.1 mol/L高氯酸锂(99%,Sigma-Aldrich)/乙腈(分析纯，上海凌峰)为电解液，在载有纳米纤维膜的ITO导电玻璃上进行PEDOT的电化学聚合。在该实验中，使用普通三电极电解池，其中负载原始纳米纤维膜的ITO导电玻璃用作工作电极，铂片用作对电极，饱和甘汞电极用作参比电极，采用恒电位法进行电化学聚合沉积，反应时间为5 min。改变电化学聚合过程中的单体浓度以及聚合电位以研究不同反应条件对热电纳米纤维膜热电性能的影响。将ITO导电玻璃取出并用去离子水、乙醇冲洗干净;将热电纳米纤维膜取下并压平，并在40℃下真空干燥4 h。该方法的实验流程如图1所示。1.3 性能表征
图3b是不同聚合电位下在纳米纤维膜表面恒电位沉积PEDOT的I-t曲线。如图3b所示，聚合电流在前50 s内显著增加，而后聚合电流变化趋于稳定，这是单体浓度变化所致。在反应开始时电解液中单体的浓度相对较高，由于PEDOT可以在工作电极上快速聚合，从而聚合电流变化明显;然而，随着聚合反应的进行，电解液中的单体逐渐消耗并趋于动态平衡，聚合反应和聚合电流也逐渐稳定。另外，随着聚合电位的增大，聚合电流也增大，这是因为随着聚合电位的变化，在PEDOT的聚合过程中存在一定程度的过氧化情况，过氧化程度会影响聚合产物的电化学性能。对不同聚合电位下得到的薄膜进行XPS分析，结果如图3c所示。在EDOT可以发生氧化还原的聚合电位范围内，随着聚合电位的增大，O1s峰的强度逐渐增强，之后有所减小，表明在聚合电位为1.4 V时所得的PEDOT导电层的过氧化程度最大。图3d显示了不同聚合电位下获得的热电纳米纤维膜的电导率和塞贝克系数的变化，可见电导率和塞贝克系数均呈现出先减小后增大的趋势。当聚合电位相对较高时，PEDOT在聚合反应过程中发生了一定程度的过氧化现象，结构受损，分子链变短，最终形成共轭程度小的无序PEDOT分子链，从而导致薄膜的电导率下降。随着聚合电位的进一步增大，PEDOT的沉积速率加快，弥补了过氧化引起的电化学活性的损失;PE-DOT的氧化掺杂程度也有所提高，最终其热电性能得以提高。当聚合电位为1.2 V和1.5 V时，所得热电纳米纤维膜的功率因子相对较高。2.3 单体浓度对薄膜热电性能的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]原位聚合制备PEDOT-PSS/PVA电磁波吸收功能复合导电织物[J]. 李昕,许英涛,郑一平,张焱,李从举,陈光明. 高分子学报. 2017(04)
[2]GO/PEDOT复合材料修饰阳极的制备及其在MFC中的应用[J]. 霍庆城,黄仁亮,齐崴,苏荣欣,何志敏. 化工学报. 2016(10)
[3]电致变色导电聚合物PEDOT的研究进展[J]. 陶益杰,郑文伟,程海峰,刘东青. 材料导报. 2010(13)
本文编号：3581765
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