[发明专利]自支撑柔性PEDOT纳米纤维/SWCNTs复合热电材料薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种自支撑柔性PEDOT纳米纤维/SWCNTs复合热电材料薄膜及其制备方法，其通过以下步骤制成：(1)取阴离子型表面活性剂溶于去离子水中，加入氧化剂，油浴下搅拌，得到混合溶液A；(2)取EDOT单体加入到混合溶液A中，油浴反应，冷却，分离，清洗，得到PEDOT纳米纤维，分散于甲醇中备用；(3)取SWCNTs超声分散于甲醇中，再与PEDOT甲醇溶液混合后超声，得到混合溶液B；(4)再将混合溶液B采用真空抽滤法抽滤到微孔滤膜上，干燥，即得到所述自支撑柔性PEDOT纳米纤维/SWCNTs复合热电材料薄膜。与现有技术相比，本发明有效的复合了PEDOT的高导电性和SWCNTs的高Seebeck系数，在室温下的功率因子达14.4μV/mK²，此外，制备方法简单，产量高，可重复性高等。

技术领域

本发明涉及柔性电子材料领域，尤其是涉及一种自支撑柔性PEDOT纳米纤维 /SWCNTs复合热电材料薄膜及其制备方法。

背景技术

近来，柔性电子材料由于具有柔软、可变形、质轻、便携、可大面积应用，并可与旋涂、喷印、压印等溶液化工艺，以及R2R制造兼容等特性引发了越来越广泛的关注。其中构建可穿戴式的能量采集的柔性材料及其器件化是柔性电子的一个重要发展方向。

热电材料是一种环境友好型的“绿色”能源转换材料，可以直接实现热能和电能的相互转换，且不污染环境。用热电材料构筑的热电器件发电技术可利用废热发电及开发没有被充分利用的太阳能。热电能量转换技术作为环境协调型能源转换的新型技术已经得到世界许多先进国家的高度重视。当前研究的热电材料以无机半导体为主，然而热导率高，资源稀缺，加工成本高等制约了其进一步发展，热电性能始终难以得到突破性的进展。导电高分子的出现为热电材料的研究提供了一个崭新的方向。原材料丰富、质量轻、热导率低、易加工、可溶液处理，且能带结构丰富等特点为导电高分子作为新一代的热电材料及可穿戴电子设备提供了潜在可能性。

导电高分子聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)以及通过聚苯磺酸乙烯 (Poly-styrenesulfonate,PSS)掺杂形成的PEDOT:PSS水溶液由于具有非常低的热导率以及掺杂处理可以媲美ITO导电玻璃的高电导率而引起热电领域的广泛关注。但目前商用PEDOT:PSS的水溶液(PEDOT:PSS的含量仅为1～1.3wt％)价格昂贵 (约1000$/KG),用它为原料成本较高。EDOT单体价格较低，但传统的原位氧化聚合得到的PEDOT为微米尺寸的粉末状，无法用作柔性电子材料，而且电导率较低，一般都低于100S/cm，无法提供较高的热电性能。据Foulger等人报道，一维的 PEDOT nanofiber具有较高的电导率和成膜特性(Small,2006,2,1164-1169)，但其 Seebeck系数仍然较低，限制了其进一步的热电应用。

与具有高Seebeck系数的无机热电材料或纳米碳材料的复合是提高有机热电材料性能的一个常用方法。碳纳米管(CNTs)由于具有良好的导电性、机械性能和热稳定性很适合作为聚合物的填料来提高复合材料的热电性能。Fan等通过化学氧化法制备了聚苯胺PANI/CNT复合材料，由于载流子能量过滤效应的缘故复合材料的Seebeck系数比两个组分的都要大(Advanced Materials,2010,22,535-539)。然而，该材料的性能仍然较低，而且制得的复合材料为粉末状，无法用于柔性电子材料。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自支撑柔性PEDOT纳米纤维/SWCNTs复合热电材料薄膜及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自支撑柔性PEDOT纳米纤维/SWCNTs复合热电材料薄膜，其由一维的 PEDOT纳米纤维与一维SWCNTs交织组成导电网络结构，其中，SWCNTs的质量含量为5-55wt％。

作为优选的实施方案，所述的PEDOT纳米纤维的直径为30-200nm，所述的 SWCNTs的直径小于10nm。