[发明专利]一种酸碱处理提升乙醇凝胶成膜法制备的PEDOT:PSS薄膜热电性能的方法

说明书

本发明涉及一种酸碱处理提升乙醇凝胶成膜法制备的PEDOT:PSS薄膜热电性能的方法，该方法包括的步骤如下：步骤一、在无水乙醇中缓慢匀速滴入PEDOT:PSS水溶液，经过凝胶成膜形成PEDOT:PSS薄膜；步骤二、将步骤一得到的PEDOT:PSS薄膜在100℃‑130℃加热板上干燥；步骤三、将步骤二中干燥完成的薄膜浸入5ml‑10mlH₂SO₄溶液中10min‑20min；步骤四、用去离子水将步骤三中的薄膜冲洗，去除残留的H₂SO₄溶液；步骤五、将步骤四所得的薄膜浸入5ml‑10mlKOH溶液10min‑20min；步骤六、用去离子水将步骤五中薄膜冲洗3‑5遍；步骤七、在加热板上干燥后得到PEDOT:PSS薄膜。本发明采用乙醇凝胶成膜的方法，在成膜过程中已经改善了其热电性能，再加上进一步的酸碱处理，得到较高热电性能的PEDOT:PSS薄膜。

技术领域

本发明涉及一种热电性能的方法，具体涉及一种采用乙醇凝胶成膜的方法，在成膜过程中已经改善了其热电性能，再加上进一步的酸碱处理，得到较高热电性能的PEDOT:PSS薄膜的酸碱处理提升乙醇凝胶成膜法制备的PEDOT:PSS薄膜热电性能的方法。

背景技术

近年来，环境恶化和化石能源枯竭的问题日益突出。因此，寻找一种清洁且高效的新能源迫在眉睫。热电(Thermoelectric，TE)材料是一种利用固体材料内部载流子的迁移运动将热能和电能进行直接转换的功能材料，其原理主要依据于塞贝克效应和帕尔贴效应。热电材料其中一种用途为热电发电器件，且具有无传动部件，无噪声，可靠性高等优点。然而，目前有机热电材料的性能不显著，这已经成为制约其发展的主要瓶颈。改善热电材料的性能是推广其应用的最主要的途径之一。

聚(3,4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)作为一种最常见的有机TE材料，目前报道的最高热电优值达到0.75。PEDOT：PSS固有的热导率比传统的TE材料低(约2W/mK)，约为0.17W/mK。与其他有机TE材料相比，PEDOT：PSS具有热稳定性好，导热系数低，导电性高和机械柔韧性强等优点。然而未经过处理的PEDOT：PSS热电性能并不是很高，完全达不到可以应用的效果。一般采用包括有机酸和无机酸在内的各种酸处理，可以将PDOT:PSS膜的电导率提高几个数量级，同时加碱处理后也可以调节其氧化水平，从而优化其PF值。例如：Kim等通过浓硫酸处理PEDOT:PSS，使得其电导率最高可达4380S/cm，采用浓硫酸处理PEDOT:PSS薄膜仅需10min，就可以通过结构重排过程，形成高度有序的结晶PEDOT:PSS纳米纤维；而且，绝缘PSS的有效去除、PEDOT的垂直堆叠方向(edge-on)含量的增加及其π-π堆叠间距的减少等，都会有利于载流子的输运，显著提高电导率和热电性能。此外，Chen等通过调节堆叠结构和氧化水平来提高PEDOT:PSS的热电性能。他们先后采用甲酰胺、浓硫酸和硼氢化钠的三重后处理，得到PEDOT:PSS柔性热电薄膜。通过堆叠方式的改变和调节氧化水平优化PF值，室温条件下的σ和S分别为1786S/cm和28.1μV/K，PF达到141μW/mK²。进而，采用该柔性PEDOT:PSS薄膜制备了热电器件，其输出功率密度达到1μW/cm²。也可综合采用酸和碱处理的方法，即首先采用浓硫酸去除多余的PSS，大幅提升电导率，之后进行碱还原处理改变载流子类型，增大塞贝克系数，从而达到最终提高PF值的目的。

综上所述，研发一种简单且有效的方法来提升PEDOT:PSS的热电性能具有非常重要的理论意义和实用价值。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种采用乙醇凝胶成膜的方法，在成膜过程中已经改善了其热电性能，再加上进一步的酸碱处理，得到较高热电性能的PEDOT:PSS薄膜的酸碱处理提升乙醇凝胶成膜法制备的PEDOT:PSS薄膜热电性能的方法。