本文關(guān)鍵詞：基于PEDOT:PSS復(fù)合材料的制備及熱電性能研究　出處：《江西科技師范大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 熱電 PEDOT:PSS 復(fù)合材料 Seebeck系數(shù) 熱電優(yōu)值

【摘要】：近年來,由于環(huán)境污染和能源短缺問題日益嚴(yán)重,環(huán)境友好型清潔能源的開發(fā)及應(yīng)用引起了科學(xué)家們越來越多的關(guān)注。作為一種綠色能源轉(zhuǎn)換材料,熱電材料可在不污染環(huán)境的條件下直接實現(xiàn)熱能和電能的相互轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)廢熱的充分利用和能源的節(jié)約,可廣泛用于發(fā)電與制冷方面。與無機熱電材料相比,導(dǎo)電高分子材料具有質(zhì)量輕、彈性好、易加工且資源豐富、特別是熱導(dǎo)率低的等眾多特點。因此,導(dǎo)電高分子熱電材料逐漸成為研究的熱點。聚(3,4-二氧乙撐噻吩)：聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)具有突出的優(yōu)點,包括良好的成膜性能、較低的熱導(dǎo)率、較好的環(huán)境穩(wěn)定性、較高的電導(dǎo)率等,是非常具有潛力的有機熱電材料。然而,相對于無機熱電材料來講,PEDOT:PSS的ZT值仍較低,不利于實際應(yīng)用,這主要是由于其較低的Seebeck系數(shù)。為了提高PEDOT:PSS的熱電性能,科研工作者做了很多的努力。合成復(fù)合熱電材料被認(rèn)為是一種重要的方式,因為通過復(fù)合可以整合各組分的優(yōu)勢,實現(xiàn)整體性能的提高。相關(guān)實驗證明導(dǎo)電高分子與無機材料制備的復(fù)合熱電材料可以在提高電導(dǎo)率的同時維持Seebeck系數(shù)相對穩(wěn)定或有一定提升,而熱導(dǎo)率仍保持在導(dǎo)電高分子的低水平上,這種協(xié)同效應(yīng)對于新型熱電材料的開發(fā)及制備指出了一條新道路。因此,研究PEDOT:PSS復(fù)合材料的熱電性能具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。本文采用不同方法制備了PEDOT:PSS/無機復(fù)合材料,并系統(tǒng)地測試和分析了其熱電性能。1.以宣紙作為一種有效的基底來制備PEDOT:PSS熱電材料,采用毛筆將PEDOT:PSS溶液直接涂布在宣紙上,一步法制備得到自支撐的PEDOT:PSS/paper復(fù)合薄膜,并系統(tǒng)研究了其熱電性能。這種制備方法與以前報道的PEDOT:PSS復(fù)合材料的制備方法相比,更加簡便、高效、經(jīng)濟且具備大批量生產(chǎn)的潛能。在熱電性能上,與單純的PEDOT:PSS薄膜相比,PEDOT:PSS/paper復(fù)合薄膜展現(xiàn)了大幅提高的Seebeck系數(shù)(達到30.6μV/K)和電導(dǎo)率,且保持一個較低的熱導(dǎo)率(0.16 W/m/K),ZT值最大達到5.5×10-3。此外,PEDOT:PSS/paper復(fù)合薄膜還展現(xiàn)了良好的柔韌性、輕質(zhì)、水浸泡穩(wěn)定性等特點,這在很大程度上擴展了它們在特殊條件下的應(yīng)用。結(jié)果表明,宣紙可以作為一種有效的基底用來制備高性能的柔性有機熱電復(fù)合薄膜。2.以自支撐PEDOT:PSS薄膜為工作電極,通過循環(huán)伏安法電化學(xué)沉積碲化鉍,制備了具有Bi2Te3/PEDOT:PSS/Bi2Te3三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜。通過控制沉積圈數(shù)的不同,制備了一系列PEDOT:PSS/Bi2Te3復(fù)合薄膜,并系統(tǒng)研究了復(fù)合材料的形貌結(jié)構(gòu)特征及熱電性能。結(jié)果表明,與單純的PEDOT:PSS薄膜相比,PEDOT:PSS/Bi2Te3復(fù)合薄膜展現(xiàn)了較低的熱導(dǎo)率(0.169 W/m/K-0.179 W/m/K)和較高的電導(dǎo)率(403.5 S/cm), Seebeck系數(shù)維持在一定的范圍,ZT值最高達到1.72×10-2。這種方法提供了一種普遍適用的制備復(fù)合熱電材料的方法,并可拓展用于其它研究領(lǐng)域。3.以自支撐PEDOT.PSS薄膜為工作電極,通過恒電流法電化學(xué)沉積分支狀納米碲,制備了具有Te/PEDOT:PSS/Te三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜。系統(tǒng)研究了制備的復(fù)合材料的形貌結(jié)構(gòu)特征及熱電性能。結(jié)果表明,復(fù)合薄膜展現(xiàn)了較低的熱導(dǎo)率(0.170 W/m/K-0.175 W/m/K)和較高的電導(dǎo)率(503.5 S/cmm),且隨著電導(dǎo)率的升高,Seebeck系數(shù)在一個很小的范圍內(nèi)波動,ZT值最高達到2.1×10-2。4.通過抽濾的方法制備了PEDOT:PSS/SWCNTs復(fù)合材料,并探究了碳納米管的含量的變化對復(fù)合材料熱電性能的影響。結(jié)果表明,通過制備的PEDOT:PSS材料具備較高的電導(dǎo)率(達到1203.5 S/cm),Seebeck系數(shù)為15.3μV/K。當(dāng)加入SWCNTs后,電導(dǎo)率有所降低,但是材料的Seebeck系數(shù)有了較大幅度的提高,最高達到46.11μV/K,且依然保持了一個較低的熱導(dǎo)率。當(dāng)碳納米管含量為20wt.%時,PEDOT:PSS/SWCNTs復(fù)合材料的ZT值最高達到0.16,比以前報道的PEDOT:PSS的熱電性能提高了兩個數(shù)量級。這表明,抽濾制備PEDOT:PSS/SWCNTs復(fù)合材料是一種有效提高PEDOT:PSS熱電性能的方法。
[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 .

【學(xué)位授予單位】：江西科技師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33;O631.2

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本文編號：1423612