[发明专利]一种具有优异热电性能的高规整度聚噻吩薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有优异热电性能的高规整度聚噻吩薄膜及其制备方法。该方法为在BFEE/DTBP体系中恒电流电化学聚合制备聚噻吩的方法，聚噻吩薄膜内部结构的形貌可以通过电化学聚合过程中的电流密度大小来调控，随着电流密度增大，聚噻吩薄膜内部有纳米片层出现，在1mA cm^‑2的电流密度条件下制备的聚噻吩薄膜具有很高的规整度，并且具有很好的热电性能，其功率因子可达98.8±4.7μW m^‑1K^‑2，ZT值可达0.09±0.01。

技术领域

本发明属于有机导电高分子材料领域，具体涉及一种具有优异热电性能的高规整度聚噻吩薄膜及其制备方法。

背景技术

国民经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，是中国能源需求不断增加的基本推动力。中国是一个能源生产和消费大国，拥有丰富的化石能源，但是人均能源资源拥有量较低，再加上能源利用技术落后，利用低下，我国能源的消耗速度比其他国家更快，能源枯竭的威胁可能来的更早、更严重。因而，日益增长的能源压力使得我们不得不寻找解决能源危机的突围之路。

根据美国能源部对初级能源消耗的估算，超过55％的能源最终以废热的形式被释放到环境中。如何将废热再次利用，提高能源的使用效率具有重要的意义。热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，可以制造热电发电机或热电制冷器件。热电材料器件具有体积小，重量轻，无噪音，无污染，可以回收热能转变成电能等优点。热电材料性能主要由无量纲优值ZT来衡量，它与材料的Seebeck系数S、电导率σ、热导率k和温度T相关，即：ZT＝S²σT/k。目前热电材料制成装置的效率仍然远低于传统的发电机或者冰箱。好的热电材料需要有高的ZT值。由于决定材料热电性能的三个重要参数S、σ、k之间是相互关联的，如何实现这些参数的独立调控使材料在很宽的温度范围内具有较高的ZT值是热电材料的研究核心。目前，无机材料(Bi2Te3,Sb2Te3,SnSe)仍然是最好的热电材料。但是，无机热电材料需要高真空的加工条件，并且在地壳中的含量较低。导电聚合物相对于无机材料具有明显的优势，质量轻，成本低，力学性能好，易大规模溶液加工，并且具有较大的Seebeck系数和较低的热导率，但是较低的电导率限制了其对热能的收集利用。目前，有机热电材料的研究主要包括导电聚合物，电荷转移复合物、有机无机复合物以及金属有机配位聚合物，如PEDOT:PSS，TTF-TCNQ、PEDOT/PbTe和Poly[K_x(Ni-ett)]等。(O.Bubnova,Z.U.Khan,A.Malti,S.Braun,M.Fahlman,M.Berggren,X.Crispin,Nature Materials,10(2011)

429-433；E.Tamayo,K.Hayashi,T.Shinano,Y.Miyazaki,T.Kajitani,AppliedSurface Science,256(2010)4554-4558；Y.Wang,K.Cai,X.Yao,Acs Applied MaterialsInterfaces,3(2011)1163-1166；Y.M.Sun,P.Sheng,C.A.Di,F.Jiao,W.Xu,D.Qiu,andD.B.Zhu,Advanced Materials,24(2012)932-937；Y.H.Sun,F.J.Zhang,P.Yue,C.A.Di,W.Xu,D.B.Zhu,Advanced Materials,28(2016)3351-3358)。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优异热电性能的高规整度聚噻吩薄膜。

本发明提供的制备聚噻吩薄膜的方法，包括如下步骤：

以噻吩单体、质子清除剂和电解液为原料，利用恒电流法制备得到所述聚噻吩薄膜。

上述方法中，质子清除剂为2,6-二叔丁基吡啶(DTBP)；质子清除剂可以捕获电化学聚合过程中，噻吩环上脱下的质子；