[发明专利]导电复合材料以及包含该材料的热电装置

说明书

优先权

本申请要求提交于2008年10月20日、名称为ELECTRICALLY CONDUCTIVE POLYMER COMPOSITE AND THERMOELECTRIC DEVICE USING ELECTRICALLY CONDUCTIVE POLYMER MATERIAL(导电聚合物复合材料以及使用导电聚合物材料的热电装置)的日本专利申请No.2008-270161的优先权，该专利的公开内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及：复合材料，其包含导电聚合物和金属纳米粒子；热电装置，其包含该复合材料；和热电装置，其包含导电聚合物材料。

背景技术

常规的热电装置(例如热电发电装置或珀耳帖冷却装置)可通过以下方法制造：由刚性热电材料(例如铋-碲)形成热电偶，并且将大量这样的热电偶在热流的方向上平行设置。通常，热电材料为疏松材料，该疏松材料的形状为柱状，直径为若干毫米(mm)，或形状为矩形，在一侧的长度为若干毫米。在这样的装置中，横截面(圆形的、正方形的或低扁率矩形的)被导向成垂直于热流的方向。近来，已经尝试使用薄膜热电材料来生产这样的热电装置。

热电装置通过热接点和冷接点的温差来发电。因此，一种改进其效率的方法是尽可能地减少从热接点到冷接点的导热，并且在这两个接点之间产生更大的温差。然而，在常规的热电装置中，从热电材料表面释放的热量没有充分地受到影响。此外，有时难以在这两个接点之间维持足够大的温差。

日本未经审查的专利公布No.2003-133600描述了热电转换部件，该部件利用温差将热转换成电。该装置包括两层薄膜热电装置层，其中一层具有p型半导体，另一层具有n型半导体。这些层通过在柔性基底上进行气相沉积形成。

由于暴露于外部的表面积相对增多，因此薄膜热电材料可从该表面释放增加的热量。然而，由于通常使用的无机热电材料的热导率较高，例如，Bi-Te合金的热导率为1.5至2.0W/(m·K)(参见J.P.Fleurial等人，J.Phys.Chem.Solids，49，1237(1988))，Si-Ge合金的热导率为4W/(m·K)(参见Netsuden Henkan Zairyo(Thermoelectric Conversion Material)，Nikkan Kogyo Sha(2005))，所以由于从热接点到冷接点的热传递造成在这两接点之间通常不能够维持足够大的温差。

即使聚苯胺的电导率较低(约200S/cm)，但由于其适合在处理和加工聚合物中使用，因此还是被广泛地用于抗静电应用中。增加电导率可提高聚苯胺的使用范围，例如可用于热电装置中。一种增加聚苯胺电导率的方法是将其与金属纳米粒子结合。

日本未经审查的专利公布No.2004-359742描述了贵金属基催化剂负载型导电复合材料，该材料采用贵金属络合物作为氧化剂，通过导电聚合物的聚合反应进行制备。所述聚合反应在还原贵金属基催化剂的同时，将贵金属基络合物加载到聚合物中。

日本未经审查的专利公布No.2006-248959公开了对共轭分子化合物-金属纳米簇，该对共轭分子化合物-金属纳米簇包含对共轭分子化合物，在对共轭分子化合物中分散有金属或金属氧化物细小粒子。通过将金属盐和对共轭分子化合物混合入溶剂中，然后加入作为还原剂的硼氢化钠制备所述纳米簇。

对包含具有更高电导率和更强相容性的金属纳米粒子和/或易分散的金属纳米粒子的导电聚合物的需求依然存在。

发明内容

本发明公开了导电复合材料，该材料包含导电聚合物和至少一种涂覆有保护剂的金属纳米粒子。保护剂包含化合物，化合物具有第一部分和第二部分，第一部分具有所述导电聚合物分子主链的至少一部分，第二部分与所述至少一种金属纳米粒子相互作用。