[发明专利]一种聚乙烯吡咯烷酮/银/碲化银三元柔性复合热电薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种聚乙烯吡咯烷酮/银/碲化银三元柔性复合热电薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)取PVP与碲源加入乙二醇中溶解，通保护气体，再加入还原剂，油浴加热搅拌，离心洗涤分散，得到溶液A；(2)取银源溶于乙二醇中搅拌均匀，得到溶液B；(3)将溶液B滴加至溶液A中，搅拌反应，得到溶液C；(4)再将溶液C离心洗涤，得到PVP/Ag₂Te纳米线并分散于无水乙醇中，超声分散，再采用真空抽滤法将PVP/Ag₂Te纳米线抽滤到衬底上，真空干燥得到复合薄膜；(5)将复合薄膜热压处理，即得到由衬底支撑的PVP/Ag/Ag₂Te柔性复合薄膜。与现有技术相比，本发明操作简单，可操作性较强，同时，制备样品具有较优的热电性能和柔性，可用于柔性可穿戴器件中。

技术领域

本发明属于有机-无机复合热电材料制备技术领域，涉及一种聚乙烯吡咯烷酮/银/碲化银三元柔性复合热电薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，热电材料和器件引起了越来越广泛的关注，尤其是在可穿戴电子产品方面[Sevilla GA,Inayat SB,Rojas JP,et al.Flexible and semi-transparentthermoelectric energy harvesters from low cost bulk silicon(100).Small.2013；9:3916-21,5]。通过将人体散发的热量转化为电能，柔性热电器件能够为柔性电子设备提供持久可靠的电源。与目前所使用的需要频繁充电和更换的电池相比，热电器件几乎不需要维护和人为干扰，因而使热电器件具有广阔的应用前景[Wan C,Tian R,Azizi AB,HuangY,et al.Flexible thermoelectric foil for wearable energy harvesting.NanoEnergy.2016；30:840-5.]。因此，柔性热电材料的开发及器件的制备是热电领域的重要研究方向。

无量纲优值ZT是衡量热电材料性能优劣的指标，其表达式如下：ZT＝S²σT/κ，其中：S为Seebeck系数，σ为电导率，κ为热导率，T为热力学温度，S²σ为功率因子。

近年来，柔性热电材料的研究进展主要集中于有机热电材料方面。然而，有机热电材料由于电导率较低(<500S/m)，导致其ZT值较低。此外，有机热电材料还存在n型掺杂困难，在空气中稳定性较差等问题，极大限制了该类材料的发展。为了得到高性能柔性热电材料，以绝缘有机柔性材料作基底，将性能较高的无机热电材料覆于柔性基底上，制备有机/无机复合柔性热电薄膜与器件的方法得到了越来越广泛的关注。常用的绝缘有机柔性材料主要有尼龙、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸和聚酰亚胺等。

碲化银是窄禁带半导体(常温下能隙约0.05eV)，载流子迁移率较高。银原子在碲化银晶格中呈无序分布状态，使碲化银具有较低的热导率(室温下约0.1W/mK)。碲化银在418K左右存在相变点，发生单斜向立方相的转变。通过改变其组分，可以对碲化银中载流子浓度和类型进行调控[Taylor PF,Wood C.Thermoelectric properties ofAg₂Te.Journal of Applied Physics.1961；32:1-3.]。碲化银是重要的低温n型半导体热电材料之一,目前所报道的碲化银的最大ZT值为0.64[Capps J,Drymiotis F,Lindsey S,Tritt TM.Significant enhancement of the dimensionless thermoelectric figureof merit of the binary Ag₂Te.Philosophical Magazine Letters.2010；90:677-81.]。但是，与其他热电材料相比，目前所报道的碲化银在常温下热电性能较低，且大部分不具有柔性，限制了其在可穿戴电子器件领域的应用。

发明内容