[发明专利]一种高热电性能聚合物薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种室温高热电性能聚合物薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）将氧化剂为氯化铁、单体聚合所需要的软模板三嵌段共聚物PPP（聚乙二醇‑聚丙二醇‑聚乙二醇）加入到正丁醇溶剂中，超声搅拌，得到氧化剂混合溶液，再将氧化剂混合溶液旋涂至基板（石英玻璃）上，并置于热板上进行干燥处理；再将基板转移至盛有单体（EDOT）的气相室中进行氧化聚合，从而得到PEDOT‑Cl‑PPP薄膜（3）将得到的聚合物薄膜置于有机还原剂（抗坏血酸，VC）水溶液中浸泡进行后处理，后处理完成后，洗涤烘干，即得目的产物。与现有技术相比，本发明具有热电性能优异、制备工艺简单易行、环境友好等优点。

技术领域

本发明涉及有机热电材料领域，尤其是涉及一种高热电性能聚合物薄膜的制备方法。

背景技术

能源和环境问题是当今社会实现可持续发展亟需解决的两个紧迫问题，寻找新型清洁可替代能源已经成为全球关注的热点课题。热电材料和太阳能、风能、水能等能源的应用一样，对环境没有污染。热电材料是一种利用固体内部载流子运动，实现热能和电能直接相互转换的功能材料。并且利用热电材料制作的发电或制冷装置具有性能可靠、无污染、工作时无噪声、使用寿命长等优点，在温差发电、电制冷设备方面更有着广泛应用。热电转换效率由热电优值（ZT=α²σT/κ，其中α、σ及κ分别为材料的Seebeck系数、电导率和热导率，T为绝对温度）决定。因此，高的转换效率要求高的α和σ，以及低的κ。

传统的无机热电材料的研究已获得显著的成就，但是由于其原料主要组元质量重或稀缺，有毒，且它们往往需要复杂的制备工艺即消耗大量的能源，而且制成的材料很难集成为热电器件。因此若想使热电器件大规模应用于生产生活中，必须开发高性能，无污染无毒且价格低廉的热电材料。而聚合物基热电材料由于具有良好的柔韧性、较低的热导率、质量轻、原材料丰富、容易加工、可以大面积成膜等优点，同时目前生产及生活中大多数余热温度都在100-200^oC之间，且半导体制冷也主要应用于室温附近，因此制备室温高热电性能的聚合物薄膜有着重要的意义。本发明的目的就是为了克服现有技术存在的缺陷而提供了一种制备室温高热电性能的聚合物薄的制备方法。

由于聚合物的热导率较为稳定，并不随氧化还原程度有剧烈变化。而电导率则不然，从中性态到氧化掺杂态其电导率的变化高达几个数量级。因此通过调节聚合物的氧化掺杂程度，协调电导率和Seebeck系数的关系，使其功率因子达到最优值，进而达到提高热电性能的目的。本发明专利利用有机还原剂抗坏血酸（VC）后处理化学气相法制备的PEDOT薄膜，通过调节聚合物的氧化掺杂程度，改变聚合物链中的载流子类型，通过协调电导率和Seebeck系数，最终达到提高ZT值的目的。选择抗坏血酸作为聚合物的还原剂，是因为它是一种温和的还原剂，对人体无毒无害。通过抗坏血酸还原聚合物不会产生有毒物质和污染物。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出以下技术方案：

一种高热电性能聚合物薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用化学气相法制备PEDOT-Cl-PPP薄膜：将氧化剂为氯化铁、单体聚合所需要的软模板三嵌段共聚物PPP（聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇）加入到正丁醇溶剂中，氯化铁与PPP的质量比为1:（1-6），氯化铁与PPP的总质量和与正丁醇的质量比为1:（1-5），超声搅拌0.5-4h得到氧化剂混合溶液，再将1-7ml氧化剂混合溶液旋涂至基板（石英玻璃）上，并置于热板上进行干燥处理；再将基板转移至盛有单体（EDOT）的气相室中进行氧化聚合，从而得到PEDOT-Cl-PPP薄膜。

（2）将得到的聚合物（PEDOT-Cl-PPP）薄膜浸入有机还原剂抗坏血酸水溶液中进行后处理，处理完成后，洗涤，烘干，即得目的产物。

步骤（2）中所述的有机还原剂为抗坏血酸水溶液。

所述的有机还原剂为抗坏血酸水溶液，其中抗坏血酸与水的质量比为1：（1-100）。