[发明专利]一种热电材料及其制备方法与复合热电薄膜

说明书

本发明公开一种热电材料及其制备方法与复合热电薄膜。所述热电材料的结构通式如下所示：其中，R选自或本发明设计合成了一系列具有新型结构的蝶形有机共轭小分子热电材料，该材料以并五苯酮或奈环酮等具有较强场效应迁移率的平面共轭结构单元作为分子体系的结构中心(电子受体(Acceptor))，以噻吩环等芳香基团为蝶形分子的翅膀。通过嵌入不同种类的噻吩环芳香结构单元(电子给体(Donor))来构建具有不同二面角的并五苯酮或奈环酮结构。该系列分子具有共轭二维平面结构，通过对其骨架结构修饰可以调控HOMO与LUMO电子能级与能隙，同时可以优化分子π‑π堆积，从而获得较高的热电性能。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，尤其涉及一种热电材料及其制备方法与复合热电薄膜。

背景技术

随着全球范围内的能源消耗的增加，如何有效地回收利用工业生产的废热并高效地实现热能与其他形式能源的转化，成了科学与工业界亟待解决的问题。热电材料是一种通过固体中载流子(电子和空穴)运动实现热能和电能之间直接相互转换的功能材料，可用于余热发电和通电致冷，如汽车尾气余热发电，计算机CPU、大功率激光器的冷却等。目前，热电材料的商业化应用主要集中在热电偶控温和半导体制冷。尽管人们一直致力于把热电材料应用到余热发电，以达到节能减排和低碳环保的目的，但较低的热电转换效率仍然是其商业化的主要瓶颈。

目前研究的热电材料主要是掺杂的半导体以及半金属，包括无机和有机热电材料。无机材料由于具有较高的电导率和Seebeck系数，在热电材料领域得到快速发展，部分材料在热电偶控温和半导体制冷等领域已广泛应用。然而，无机材料的热导率普遍较高，且存在毒性、成本高以及难加工的缺点。与无机热电材料相比，有机热电材料具有资源丰富，成本低廉，易合成，易加工成型，环境友好且热导率低等特点而备受关注。然而，较低的热电性能是制约有机热电材料发展与应用的主要因素。通过设计合成具有新型结构的有机共轭分子，结合化学掺杂和物理复合手段是目前提高有机热电材料导电性的主要方法。然而，目前有机热电材料结构与性能关系尚未明确，热电性能有待提高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种热电材料及其制备方法与复合热电薄膜，旨在解决现有热电材料的热电性能较低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种热电材料，其中，所述热电材料的结构通式如下所示：

其中，R选自

可选地，所述热电材料选自以下结构式中的一种：

其中，R选自

一种本发明所述的热电材料的制备方法，其中，包括步骤：

在惰性气氛中将反应原料B与对甲基苯磺酸混合，加入甲苯，进行反应，经提纯处理后，得到所述热电材料，所述热电材料记为P；

上述反应式如下式所示：

其中，R选自

可选地，所述反应的条件：在40℃-100℃温度下搅拌12小时-24小时。

可选地，所述提纯处理包括步骤：待反应完全后除去溶剂，通过柱层析分离提纯。

一种复合热电薄膜，其中，所述复合热电薄膜由碳纳米管和分散于所述碳纳米管表面的本发明所述的热电材料组成；

和/或，所述复合热电薄膜由碳纳米管和分散于所述碳纳米管表面的本发明所述方法制备得到的热电材料组成。

可选地，所述热电材料与碳纳米管的质量比为0.1～0.9(优选0.5)。