[发明专利]柔性复合热电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合热电材料领域，特别是指一种柔性复合热电薄膜及其制备方法。

背景技术

热电材料又称为温差电材料，是一种利用半导体物质内部载流子运动来实现热能和电能直接相互转换的洁净能源材料。由于体积小、质量轻、无运动部件、无噪音、无工质泄漏、维护成本低和使用寿命长等特征，热电器件在航空航天、工业、军事、通信、医疗等众多领域已经展现了广阔的应用前景。

热电材料的性能主要由无量纲的热电优值(ZT值)决定，ZT值越大，热电转换效率越高。ZT＝S²σ/κ，其中S、σ、κ,分别为材料的Seebeck系数、电导率和热导率。而S²σ称为功率因子(P)，是衡量热电输出功率的参数。因此高性能热电材料需要同时具有高的功率因子和低的热导率。

纳米结构的碲(Te)因为具有较高的量子限域效应而应用于热电材料的研究。目前已经有理论计算表明Te纳米线的ZT值在室温附近可以达到0.35，随着Bi、Sb等原子掺杂热电优值呈现增大的趋势，鼓舞了人们对Te纳米线应用于热电领域的研究。Te纳米线作为典型的p型半导体材料，具有较高的Seebeck系数，但是低的电导率阻碍了其在热电材料领域的研究。

高导电的聚3,4-二氧乙撑噻吩：对苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为目前最有潜力的有机热电材料之一，已经证明在提高Te基热电材料的热电性能方面发挥了积极的作用。采用直接复合的方式制备的Te-PEDOT:PSS复合材料虽然展现了较高的电导率，但是急剧降低的Seebeck系数导致制备的复合材料功率因子较低。因此，在制备Te-PEDOT:PSS复合材料时，如何实现在保持较高Seebeck系数的同时提高材料的电导率是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种即具有高Seebeck系数的特性，又具有高电导率的特点的PEDOT:PSS包裹碲纳米线的柔性复合热电薄膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种柔性复合热电薄膜，由PEDOT:PSS、碲纳米线、葡萄糖制成；所述碲纳米线与葡萄糖的质量比为1-5:1；所述碲纳米线与PEDOT:PSS的质量比为0.5-9:1。

进一步的，所述碲纳米线与PEDOT:PSS的质量比为1.5-4:1。

进一步的，所述碲纳米线与葡萄糖的质量比为1-2:1；所述碲纳米线与PEDOT:PSS的质量比为2-4:1。

另一方面，本发明还提供上述柔性复合热电薄膜的制备方法，包括：

步骤1：制备碲(Te)纳米线；

步骤2：将制备的Te纳米线重新分散到水溶液中，在氮气保护下，加入葡萄糖，搅拌均匀得到Te纳米线-葡萄糖水溶液，再加入PEDOT:PSS，搅拌均匀；

步骤3：将上述制备的反应溶液加入到反应釜中反应，水浴冷却至室温，采用真空抽滤制备出薄膜；

步骤4：用浓磷酸处理所述薄膜，去离子水清洗多次，真空干燥，即得柔性PEDOT:PSS包裹Te纳米线的复合热电薄膜。

其中，所述步骤1中Te纳米线的制备方法，包括：

步骤11：将Na₂TeO₃、PVP溶于水中，加入水合肼及氨水，搅拌使其溶解；

步骤12：将上述步骤11制备的水溶液置于一定温度的反应釜中反应，水浴至室温；

步骤13：向步骤12制备得到的水溶液中加入丙酮，离心，分离沉淀物；

步骤14：用水和乙醇清洗得到Te纳米线。

其中，所述步骤3中，在150℃-200℃条件下反应3.5h。

其中，所述步骤4中，真空干燥的条件为50℃-60℃干燥10h。

进一步的，所述步骤11中，Na₂TeO₃的质量浓度为2.5-3g/L；Na₂TeO₃和PVP的质量比为1-2:10；水合肼、氨水及水的体积比为3-4:6-7:65-70。

进一步的，所述步骤12中，反应条件为150℃-200℃反应3-5h。

进一步的，所述步骤13中，水溶液与丙酮的体积比为1:2.5；6000rpm离心10min。

本发明具有以下有益效果：

上述方案中，本发明通过优化比例，提供了一种新的制备方法可以制备出高热电性能的PEDOT:PSS包裹碲纳米线的柔性复合热电薄膜，并且原料简单、成本低、制备工艺简单。

附图说明