本文關鍵詞：PEDOT:PSS基復合熱電材料的制備與性能表征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：熱電材料是一種能夠實現(xiàn)電能和熱能直接轉化的材料,可用于廢熱發(fā)電以及固態(tài)制冷,目前已經(jīng)在航天、半導體制冷等領域實現(xiàn)了應用。就目前研究現(xiàn)狀而言,無機熱電材料的熱電轉換效率遠高于有機熱電材料,所以一直以來研究比較多的是無機熱電材料。但是無機熱電材料存在原料成本高、制備過程復雜以及加工性較差等方面問題。因此近來,人們逐漸將目光投向了成本低、制備簡易以及具有柔性等優(yōu)點的有機熱電材料。聚(3,4-乙撐二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)熱電材料被認為是熱電性能最好的有機熱電材料。但目前PEDOT:PSS熱電材料的研究大部分都集中在薄膜材料,塊體PEDOT:PSS的研究少之又少。盡管已有報道PEDOT:PSS薄膜材料具有著較好的熱電性能,但從大規(guī)模的熱電器件應用角度考慮,制備高性能的塊體PEDOT:PSS更具有實際意義。然而目前的塊體有機熱電材料的熱電轉換效率卻還無法滿足應用要求,因此必須對其進行提升。根據(jù)之前研究表明,通過在PEDOT:PSS基體中引入無機或金屬復合相能夠提升電導率和Seebeck系數(shù),并且能夠同時保留PEDOT:PSS低熱導率的特點,將成為今后PEDOT:PSS熱電材料優(yōu)化的主要方向。因此,本文分別從優(yōu)化電導率以及Seebeck系數(shù)兩大熱電參數(shù)入手,將納米銀材料以及碲銻鉍合金引入pedot:pss基體中,以期提高熱電性能。主要的工作內容如下:(1)首先通過熱壓成型法制備了pedot:pss塊體材料,然后通過改變壓力和熱壓溫度,探索出最佳的塊體pedot:pss熱壓成型工藝,確立了熱壓成型制備塊體pedot:pss熱電材料的成型制度。(2)采用多元醇法和機械粉碎法分別制備銀納米線(agnws)、銀納米顆粒(agnps)和碲銻鉍(bi0.4sb1.6te3)粉體。通過fe-sem和tem等分析技術對所得產物進行了微觀形貌分析。agnws的直徑尺寸為60nm,長度為2-4μm左右。agnps的尺寸在40nm左右,顆粒形狀以立方體為主。bi0.4sb1.6te3粉體顆粒大小尺寸在100nm-2μm之間,呈無規(guī)則顆粒狀。(3)利用超聲復合法將比例不同的agnws和pedot:pss進行復合,得到復合粉體,熱壓成型得到塊體agnws/pedot:pss復合樣品。通過xrd、fe-sem、tem對其微觀結構進行了表征,結果表明agnws均勻分散在pedot:pss基體中。通過賽貝克系數(shù)測試系統(tǒng)、dsc以及激光熱導儀來測試樣品的電導率、seebeck系數(shù)以及熱導率等熱電性能。研究結果發(fā)現(xiàn)當agnws復合量達到20wt%時,樣品的電導率有明顯提升,最終zt值在300k時達到了2.4×10-3,相比純pedot:pss的zt值上升4倍左右。(4)分別利用溶液共混法和粉體共混法兩種不同的方法制備agnps/pedot:pss復合粉體,最后通過熱壓成型法制備得到塊體agnws/pedot:pss復合樣品。通過xrd、fe-sem、tem對其微觀結構進行了表征,通過賽貝克系數(shù)測試系統(tǒng)、DSC以及激光熱導儀表征樣品的電導率、Seebeck系數(shù)以及熱導率等熱電性能。研究結果表明粉體共混法能夠使AgNPs均勻分散在PEDOT:PSS基體中,所得復合樣品的熱電性能高于溶液共混法。但由于AgNPs對于載流子的散射較為嚴重,對整體ZT值的優(yōu)化效果并不理想,因此最高ZT值僅為1.3×10-3。(5)利用冷凍研磨法將PEDOT:PSS粉體與碲銻鉍(Bi0.4Sb1.6Te3)粉體進行均勻混合,得到Bi0.4Sb1.6Te3/PEDOT:PSS復合粉體,經(jīng)過熱壓成型得到Bi0.4Sb1.6Te3/PEDOT:PSS塊體樣品。通過XRD和FE-SEM對其結構進行了表征,并且測試了樣品的電導率、Seebeck系數(shù)以及熱導率等熱電性能。研究結果表明,引入Bi0.4Sb1.6Te3能夠同時提升復合材料的電導率和Seebeck系數(shù),最終ZT值達到了3.8×10-3,相比PEDOT:PSS材料提升了兩倍。
【關鍵詞】：熱電材料 PEDOT:PSS 有機-無機復合 納米銀 碲銻鉍
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-29
• 1.1 引言12-13
• 1.2 熱電材料概述13-14
• 1.2.1 Seebeck效應13
• 1.2.2 Peltier效應13
• 1.2.3 Thomson 效應13-14
• 1.3 熱電性能的評價14-16
• 1.3.1 電導率14-15
• 1.3.2 Seebeck系數(shù)15
• 1.3.3 熱導率15-16
• 1.4 熱電材料的發(fā)展現(xiàn)狀及所面臨的問題16-18
• 1.4.1 熱電材料的發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.4.2 熱電材料面臨的問題17-18
• 1.5 有機熱電材料概述18-20
• 1.5.1 導電聚合物的導電機理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熱電材料研究現(xiàn)狀20-27
• 1.6.1 PEDOT：PSS的聚合21
• 1.6.2 PEDOT:PSS的性質21-22
• 1.6.3 PEDOT:PSS熱電材料的研究進展22-23
• 1.6.4 PEDOT:PSS與無機、合金材料復合熱電材料的研究進展23-27
• 1.7 本課題的選題意義及研究內容27-29
• 第二章 實驗方法與表征手段29-37
• 2.1 實驗流程29-30
• 2.2 復合粉體的制備30-31
• 2.2.1 AgNWs/PEDOT：PSS復合粉體制備30
• 2.2.2 AgNPs/PEDOT：PSS復合粉體制備30-31
• 2.2.3 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3/PEDOT：PSS復合粉體制備31
• 2.3 塊體樣品的制備31-33
• 2.4 樣品的表征33-37
• 2.4.1 X射線衍射分析(XRD)33-34
• 2.4.2 傅立葉變換紅外光譜(FTIR)34
• 2.4.3 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)34
• 2.4.4 透射電子顯微鏡(TEM)34
• 2.4.5 紫外吸收光譜(Uv-vis)34
• 2.4.6 電導率和Seebeck系數(shù)的測量34-35
• 2.4.7 熱導率的測量35-36
• 2.4.8 霍爾效應的測量36-37
• 第三章 AgNWs/PEDOT：PSS復合熱電材料的制備及表征37-48
• 3.1 前言37-38
• 3.2 塊體AgNWs/PEDOT:PSS復合熱電材料的結果與討論38-47
• 3.2.1 AgNWs的表征38-39
• 3.2.2 塊體復合樣品的表征39-41
• 3.2.3 樣品的熱電性能測試41-47
• 3.3 本章小結47-48
• 第四章 AgNPs/PEDOT:PSS復合熱電材料的制備及表征48-61
• 4.1 前言48-49
• 4.2 AgNPs的表征49-50
• 4.3 溶液法AgNPs/PEDOT:PSS塊體復合熱電材料的表征結果與分析50-54
• 4.3.1 溶液法AgNPs/PEDOT:PSS塊體復合熱電材料物相結構表征50-51
• 4.3.2 溶液法AgNPs/PEDOT:PSS塊體復合熱電材料熱電性能51-54
• 4.4 粉體共混法AgNPs/PEDOT:PSS塊體復合熱電材料表征結果54-60
• 4.4.1 復合樣品的物相結構表征54-56
• 4.4.2 粉體共混法AgNPs/PEDOT：PSS塊體復合樣品的熱電性能56-60
• 4.5 本章小結60-61
• 第五章 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3/PEDOT:PSS復合熱電材料制備及表征61-69
• 5.1 前言61-62
• 5.2 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3/PEDOT:PSS復合熱電材料的結果與討論62-68
• 5.2.1 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3的結構表征62-63
• 5.2.2 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3/PEDOT:PSS復合樣品的結構表征63-64
• 5.2.3 Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3/PEDOT:PSS復合樣品的熱電性能表征64-68
• 5.3 本章小結68-69
• 第六章 結論69-71
• 6.1 結論69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻71-78
• 附錄：攻讀碩士期間的學術成果78-79
• 致謝79

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李雪艷;王德松;安靜;羅青枝;殷蓉;王彥紅;王景慧;;導電聚合物/無機納米復合材料的研究進展[J];材料導報;2007年S1期

2 郭洪范;朱紅;林海燕;張積橋;於留芳;;聚噻吩/碳納米管復合材料的制備與性能研究[J];功能材料;2007年09期

3 李新貴;黃美榮;沈華軍;;聚噻吩納米復合材料的制備及性能[J];化工進展;2007年09期

  本文關鍵詞：PEDOT:PSS基復合熱電材料的制備與性能表征，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：291027