[发明专利]一种柔性纳米复合热电材料的制备方法

说明书

本发明一种柔性纳米复合热电材料制备方法，首先将纸浸入在吡咯单体的水溶液中搅拌，当纸吸附吡咯单体充分后，将FeCl₃·6H₂O的水溶液滴加到上述溶液中，继续搅拌；反应结束后，将合成好的PPy/纸纳米复合材料样品转移到一个烧杯中，用去离子水和无水乙醇反复洗涤后进行干燥。将干燥后的复合材料在HCl溶液中浸泡进行掺杂，然后再次干燥。最后使用DMSO掺杂的PEDOT:PSS溶液对PPy/纸纳米复合材料进行处理，干燥后得到柔性PPy/PEDOT:PSS/纸纳米复合热电材料。通过本发明的方法制备的柔性PPy/PEDOT:PSS/纸纳米复合热电材料可用于可穿戴柔性热电发电和制冷器件领域。

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种热电材料，具体来说是一种柔性纳米复合热电材料的制备方法。

背景技术

热电材料又称温差电材料，是一类可以实现热能和电能之间相互直接转换的功能材料。使用热电材料所制备的热电发电和制冷器件在应用过程中具有结构简单、体积小、无需运动部件、无磨损、无噪音、无污染等优点。因此，热电材料是一类具有广泛应用前景的环境友好材料。

热电材料性能指标一般用无量纲优值ZT进行衡量，其表达式如下：

ZT＝S²σT/k

其中：S为Seebeck系数；σ为电导率；k为热导率；T为热力学温度。上述公式中的三个物理量Seebeck、电导率和热导率之间相互制约，难以独立调控，所以很难提高材料的ZT值。

传统的热电材料主要是无机半导体材料，如Bi₂Te₃、PbTe等，由于存在着重金属污染和加工工艺相对复杂等缺点，限制了其在可穿戴柔性热电器件中的应用。有机热电材料由于它们具有低密度、低热导率、易合成和加工等优点已经被很多研究者所关注。聚吡咯(PPy)是有机热电材料的一种，具有相对高的电导率、低热导率、容易合成等优点，具有广阔的应用前景。PEDOT:PSS是目前报道的ZT值最高的热电材料，室温下ZT能达到0.42(NatrueMaterials.12,2013, 719-23)。PEDOT:PSS还具有低的热导率、低密度、透明度高、热稳定性好、容易合成等优良特性。

纸是一种价格低廉和常见的材料。若能以纸作为柔性基底，采用适当的工艺制备柔性PPy/PEDOT:PSS/纸纳米复合热电材料，将可能发挥导电高分子PPy、PEDOT:PSS和纸各自的优点，从而制备出柔韧性好、可弯折、成本低、使用范围广的柔性热电材料。并且所制备的柔性PPy/PEDOT:PSS/纸纳米复合热电材料在可穿戴热电发电和制冷器件领域具有广阔的应用前景和经济价值。但是目前关于柔性PPy/PEDOT:PSS/纸纳米复合热电材料的制备和性能研究未见报道。

发明内容

针对现有技术的上述技术问题，本发明提供了一种柔性纳米复合热电材料的制备方法，所述的这种柔性纳米复合热电材料的制备方法具有工艺简单、易操作等特点。

本发明提供了一种柔性纳米复合热电材料制备方法，包括如下步骤：

1)将纸剪切后浸入在吡咯单体的水溶液中，在吡咯单体的水溶液中，吡咯单体的体积百分比为0.1-1.2%，以100转/分钟-400转/分钟的速率进行搅拌；

2)当纸吸附吡咯单体充分后，将FeCl₃·6H₂O的水溶液滴加到上述溶液中，在所述的FeCl₃·6H₂O的水溶液中，FeCl₃·6H₂O和去离子水的质量体积比为1.5-15g:100ml，FeCl₃·6H₂O与吡咯单体的摩尔比是1:1-8:1，保持原有搅拌速率继续搅拌反应4-24h；

3)一个洗涤的步骤，在所述的洗涤的步骤中，分别采用去离子水和无水乙醇清洗；