[发明专利]一种植酸部分掺杂聚苯胺热电材料及其制备方法

说明书

本发明属于热电材料技术领域，具体涉及一种植酸部分掺杂聚苯胺热电材料及其制备方法。该方法包括以下步骤：1)制备干燥的植酸掺杂聚苯胺；2)用碱性溶液进行去掺杂，得到植酸部分掺杂聚苯胺热电材料。本发明通过植酸多元酸掺杂诱导苯胺，形成了珊瑚状有序结构，提高聚苯胺的电导率；此外，通过部分去掺杂适当降低聚苯胺的有序性，提高聚苯胺分子链间的载流子跃迁能级，过滤低能载流子，从而提高聚苯胺的塞贝克系数。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，具体涉及一种植酸部分掺杂聚苯胺热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料是不依靠任何外部能量、无需机械部件，直接将“热”转化为“电”的材料。利用人体体温与周围环境的温差发电，热电材料成为便携式智能电子器件自供电技术的有效解决方案。

材料的热电转换效率ZT＝S²σT/κ(其中S、σ、T、κ分别为Seebeck系数、电导率、绝对温度和导热系数。当前，无机热电材料具有较高的热电转换效率，但其高成本、难加工及毒性特点，限制了无机热电材料在柔性电子器件自供电领域的应用。而导电聚合物材料具有本征热导率低，溶液加工性优良、价格低廉等优势，其作为一种潜在的低温型柔性热电材料越来越引人注目。

聚苯胺具有低成本、低热导率、优良的环境稳定性，独特的酸/碱掺杂/脱掺杂性质，加工简单等优点，被认为是最有前景的导电聚合物热电材料之一。但其本征电导率低，导致热电转换效率较低，限制了其实际应用。如何制备低成本、高性能的聚苯胺热电材料是当前科研热点。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种植酸部分掺杂聚苯胺热电材料及其制备方法。本发明所提供的制备方法操作简便、得到的植酸部分掺杂聚苯胺热电材料的电导率及塞贝克系数高。

本发明所提供的技术方案如下：

一种植酸部分掺杂聚苯胺热电材料的制备方法，包括以下步骤：

1)制备干燥的植酸掺杂聚苯胺；

2)用碱性溶液进行去掺杂，得到植酸部分掺杂聚苯胺热电材料。

上述技术方案通过植酸多元酸掺杂诱导苯胺，形成了珊瑚状有序结构，提高聚苯胺的电导率；此外，通过部分去掺杂适当降低聚苯胺的有序性，提高聚苯胺分子链间的载流子跃迁能级，过滤低能载流子，从而提高聚苯胺的塞贝克系数。

步骤1)的具体步骤为：以苯胺的用量计，将5-10mL苯胺和10mL的0.1-5.0mol/L植酸溶液在0-40℃下搅拌混合，然后加入10mL的0.1-3.0mol/L的引发剂过硫酸铵溶液，保持反应温度在0-40℃，反应1-6h，将产物进行抽滤，再依次用去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，然后60-70℃真空干燥20-30h，得到产物干燥的植酸掺杂聚苯胺。

优选的，步骤1)中，所述的植酸溶液的浓度为0.5-2.5mol/L。

优选的，步骤1)中，所述的过硫酸铵溶液的浓度为0.5-1.5mol/L。

步骤2)的具体步骤为：以干燥的植酸掺杂聚苯胺的用量计，取0.5g干燥的植酸掺杂聚苯胺分散于0.1-12.0mol/L氨水中，搅拌5-120min，抽滤，再依次用乙醇和去离子水洗涤滤饼，60-70℃真空干燥20-30h，得到植酸部分掺杂聚苯胺。

优选的，步骤2)中，氨水的浓度为0.1-4mol/L。

优选的，步骤2)中，所述的搅拌时间为10-60min。植酸部分掺杂聚苯胺热电材料的制备方法，具体包括以下步骤：