[发明专利]具有热电效应的聚合物皮芯复合纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种具有热电效应的聚合物皮芯复合纤维及其制备方法与应用。它是由聚合物皮层与热电母粒材料芯层组成；皮层与芯层的质量比为2:1至1:2；所述聚合物皮层为聚丙烯，聚酰胺6，聚酰胺66，聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂的一种；所述热电母粒材料芯层由碳纳米管或石墨烯、碲化铋、树脂三元组分组成。本发明采用石墨烯、碲化铋、高分子树脂为原料，通过熔融共混、固相力剪切等方法，一步实现石墨烯、碲化铋复合相的均匀分散。制备出热电母粒后，采用熔融复合纺丝技术，制备皮芯复合热电纤维材料。该纤维材料在热电转换领域有重要应用前景。可以制作成热电致冷器件置于织物及衣服内，温度可调实现温度舒适可调。

技术领域

本发明属于热电材料及器件制备领域，涉及具有热电性质的纤维和由这类纤维制成的装置。具体为一种具有热电效应的聚合物皮芯复合纤维及其制备方法与应用。

背景技术

世界性的难题。因此，开发和使用新型绿色能源已经变得非常迫切。而在工业生产和生活中有许多无法避免其生成、却又被废弃的热能，例如：地热、摩擦生热、汽车尾气、锅炉排放的热蒸汽、钢铁厂余热等等，如果能将这些废热进行有效的回收利用将成为缓解不可再生能源危机的一种有效手段。而热电材料正是一种能够实现热能和电能直接相互转换的功能材料。

热电材料是指通过材料内部载流子运动来实现热能和电能直接相互转换的绿色环保型功能材料，其主要特点是对环境无污染和能源利用多样性，有望缓解人类所面临的两大难题--能源危机和环境污染。热电转换技术是利用半导体材料的赛贝克(Seebeck)效应和帕尔帖(Peltier) 效应进行能量直接转换的技术，转换效率主要取决于材料的无量纲性能指数，即作为全固态发电及致冷器，热电器件有着其他材料不可比拟的优点，例如无运动部件、无噪声、容易微型化、易于控制、可靠性高、寿命长等特点。无机热电材料由于其 ZT 值可达 1.0左右，一直受到广泛关注，但是其同时也存在成本高、可加工性差的缺点。而有机热电材料具有原材料丰富、成本低、质量轻、易于合成并且可加工性高等显著优势。另外，有机热电材料具有热导率低的优势，通常其数值只有无机热电材料的十分之一。然而，有机热电材料电导率和塞贝克系数低，使得其热电功率因子偏低，只相当于目前较理想的无机热电材料功率因子的千分之一。

在传统半导体材料中，改善载流子迁移率可以带来电导率和塞贝克系数的同时提高。有机热电材料中，载流子的传输主要通过极化子在分子链内和链间的跃迁来实现，因此聚合物分子链构型、排布方式以及纳米导电掺杂对载流子迁移率有显著影响。在有机热电材料中，载流子主要通过极化子在聚合物分子链内和链间的跃迁进行传输，因此聚合物分子链构型和分子链排布方式对载流子迁移率有显著影响。增强分子链的延展性、提高分子链排布的有序性是实现有机热电材料中热电性能的提高的重要途径。

石墨烯作为一种新材料，具有其它材料不可比拟的特点和优势，所以将石墨烯与聚合物等材料结合起来改善、增强复合材料的导电性能。在具有导电性的聚合物/石墨烯中，引入微米级碲化铋，可以使有机聚合物具有热电效果，同时，可以采用常规聚合物加工工艺进行加工。

发明内容

本发明提出了一种采用石墨烯、碲化铋、高分子树脂（聚丙烯，聚酰胺6，聚酰胺66，聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂）为原料，通过熔融共混、固相力剪切等方法，一步实现石墨烯、碲化铋复合相的均匀分散。制备出热电母粒后，采用熔融复合纺丝技术，制备皮芯复合热电纤维材料。

本发明的目的在于提供一种具有热电效应的聚合物皮芯复合纤维及其制备方法和应用。所述纤维在热电转换领域有重要应用前景。可以制作成热电致冷器件置于织物及衣服内，温度可调实现温度舒适可调。制备工艺简单，可采用常规纺丝工艺进行制备，制备效率高，工艺参数容易控制。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种具有热电效应的聚合物皮芯复合纤维，其特征在于它是由聚合物皮层与热电母粒材料芯层组成；皮层与芯层的质量比为1:2至2:1；