[发明专利]一种高度有序共轭聚合物热电材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高度有序共轭聚合物热电材料的制备方法，针对有机热电材料中的共轭聚合物分子链易扭曲，排列有序度较低，目的在于提供一种分子水平上结构高度有序的共轭聚合物热电材料的制备方法。本发明工艺条件简单，可控性高，生产成本低，极大提高了共轭聚合物热电材料实际应用的可能性。本发明中所制备的高度有序共轭聚合物热电薄膜具有纤维状结构，纤维表面均匀、连续，纤维排布紧密。

技术领域

本发明属于有机热电材料技术领域，具体涉及一种高度有序共轭聚合物热电材料的有机小分子外延生长方法。

背景技术

热电转换技术是利用半导体材料的塞贝克(Seebeck)效应和珀尔帖(Peltier)效应将热能和电能直接转换的技术。作为一种新型的清洁能源技术，热电转换技术已经在工业余废热的利用、太阳光热的复合发电等领域得到开发利用。热电材料的热电性能是通过ZT值来衡量的，ZT＝α²σT/κ(α、σ、κ分别为材料的塞贝克系数，电导率和热导率)。理想的热电材料必须具有高的Seebeck系数α，低的热导率κ和高的电导率σ。目前，热电材料的研究绝大多数为无机半导体材料，此类材料价格昂贵且加工困难，难以制备异型及柔性器件，限制了热电材料的推广和应用。而有机聚合物材料在室温及室温以下都具有很低的热导率，一般小于1W/mK，比无机材料低至少一个数量级，而且原料价廉易得，毒性小，结构易于调控，易加工成膜，具有广阔的应用前景。因此，对于有机热电材料的研究越来越得到人们的重视。

在半导体材料中，提高载流子迁移率可以实现材料的电导率和塞贝克系数的同时提高。在共轭聚合物材料中，载流子主要在分子链内和链间通过跳跃进行传输，因此聚合物分子链构型和分子链排布方式对载流子迁移率有显著影响。而由于聚合物分子链为柔性，容易发生扭曲和缠结，使得载流子在聚合物分子链内和链间的跃迁变得困难，从而降低了载流子迁移率，导致材料的电导率和热电性能的降低。因此，如何增强分子链的延展性，提高分子链排布的有序性成为提高有机热电材料热电性能亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明针对有机热电材料中的共轭聚合物分子链易扭曲，排列有序度较低，目的在于提供一种分子水平上结构高度有序的共轭聚合物热电材料的制备方法。

本发明提供了一种高度有序共轭聚合物热电材料的制备方法，包括：

将共轭聚合物溶解于第一有机溶剂中并制成均匀聚合物薄膜；

将小分子晶体研磨成粉平铺于所述共轭聚合物薄膜表面，再盖上玻璃片组成共轭聚合物薄膜-小分子晶体粉-玻璃片三层结构；

将此三层结构置于有温差的加热台上，使得该结构内部形成温度梯度并且加热台的热端的温度达到小分子晶体的熔点，将该结构沿温度梯度的方向推移至加热台的冷端以使所述小分子晶体沿温度梯度的方向有序结晶形成定向排列的小分子晶体同时所述共轭聚合物的分子链沿着定向排列的小分子晶体的晶格外延生长，得到高度有序排列的纤维状薄膜；

将纤维状薄膜置于溶解有铁盐的第二有机溶剂中溶解去除所述小分子晶体，以获得分子链完全伸展且高度有序排列的共轭聚合物热电材料。

本发明利用有机小分子外延生长在分子层面提高聚合物分子链延展性和分子链排布：在符合小分子晶体晶格间距与聚合物单元间距相匹配，且/或两者之间存在特定相互作用(如π-π相互作用，氢键)的情况下，可以使得共轭聚合物的分子链沿着小分子晶体的表面有序生长，从而使得共轭聚合物分子链得到有效舒展。同时，沿着温度梯度降温的工艺使得小分子定向有序结晶，从而使得共轭聚合物的分子链由于沿着小分子晶体生长而实现高度有序排列。

较佳地，所述共轭聚合物可为含有芳香杂环化合物单元的共轭聚合物，分子链构型可为线型，分子量范围为10000～100000。

较佳地，所述聚合物薄膜的制备方法可为滴涂法和旋涂法，配制溶液所用的有机溶剂为氯苯、甲苯、氯仿、邻二氯苯，1,2,4-三氯苯和四氢呋喃。