[发明专利]一种柔性的碳纳米管-聚苯胺热电器件的制备方法

说明书

本发明涉及一种柔性的碳纳米管‑聚苯胺热电器件的制备方法，包括：将碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠加入到HCl溶液中，超声，细胞粉碎，然后加入苯胺，超声，冰浴条件下搅拌，得到碳纳米管‑苯胺分散液，滴加过硫酸铵的HCl溶液，反应后得到碳纳米管‑聚苯胺分散液；将织物放入氢氧化钠溶液中加热，然后放入60～90℃水中搅拌，取出，烘干，加入到碳纳米管‑聚苯胺分散液中，超声，烘干，重复织物浸渍、烘干的步骤；将烘干得到的涤纶切成矩形长条，交替固定在柔性基底上，用导电纤维将矩形条进行并联，即得。本发明的方法简单，制备的碳纳米管‑聚苯胺复合热电织物具有质量轻便、柔韧性好、可折叠的优点，能够组装成大规模的便携式热电器件。

技术领域

本发明属于热电器件的制备领域，特别涉及一种柔性的碳纳米管-聚苯胺热电器件的制备方法。

背景技术

现代化的生活使人们越来越离不开手表、手环、助听器、手机等可穿戴、可携带的设备。如何为这些设备提供持续的能量供应是急需解决的问题。传统的干电池能量供给不能永久，需要经常更换，而且比较笨重，不能弯曲和折叠。蓄电池同样比较笨重，不能弯曲，而且容易造成污染。所以人们把目光投向了新型能源，比如太阳能和热电能量。相对于太阳能，热电器件利用温差进行发电，更加符合能源持续利用的概念。以陶瓷材料为主的无机热电材料虽然具有优异的转换效率，但由于其坚硬、笨重、难以弯曲、加工条件苛刻、成本高昂(含碲等稀有元素)、会造成环境污染以及难以在复杂曲面环境应用等问题而饱受诟病。以导电聚合物为主的有机热电材料由于其成本低廉、容易加工、热导率低等特点吸引了研究者的广泛关注，同时，还具有其质量轻、柔韧性好等特点，符合可穿戴设备的要求，但是较低的电导率限制了它的进一步应用。

碳纳米管虽然具有高的电导率，但是碳纳米管的高热导率限制了其热电性能的提升。研究人员将碳纳米管与有机导电聚合物进行复合可以将无机材料高电导率和有机材料低热导率的特点相结合，同时不会因为电导率的提升降低塞贝克系数(Qin Yao,LidongChen,et al,ACS NANO,2010,4(4):2445-2451)。由于聚苯胺具有质量轻易携带、容易合成、原料便宜的优点，研究人员开始研发聚苯胺-碳纳米管复合热电材料。然而，现已制备出的聚苯胺-碳纳米管热电复合材料具有柔韧性不足、折叠性能差的缺点限制了其作为可穿戴、便携式器件的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性的碳纳米管-聚苯胺热电器件的制备方法，该方法工艺简单、成本低廉，所制备的热电转换器件既具有有机热电材料优异的柔韧性，可用于制备便携式的电子器件的能量供给。

本发明的一种柔性的碳纳米管-聚苯胺热电器件的制备方法，包括：

(1)将碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠加入到HCl溶液中，超声，细胞粉碎，然后加入苯胺，超声，冰浴条件下搅拌，得到碳纳米管-苯胺分散液；将过硫酸铵溶于HCl溶液后滴加到搅拌中的碳纳米管-苯胺分散液中，反应6～12h，得到碳纳米管-聚苯胺分散液；

(2)将织物放入氢氧化钠溶液中60～100℃加热10～120min，然后放入60～90℃水中搅拌10～120min，取出，烘干，浸渍到步骤(1)中的碳纳米管-聚苯胺分散液中，超声，烘干，重复织物浸渍、烘干的步骤；

(3)将步骤(2)中烘干得到的织物切成矩形长条，交替固定在柔性基底上，采用导电纤维将矩形长条进行并联，即得柔性的碳纳米管-聚苯胺热电器件。

所述步骤(1)中十二烷基苯磺酸钠与碳纳米管质量比值为1～10，苯胺与碳纳米管质量比值为0.1～10。

所述步骤(1)中HCl溶液的浓度为0.1～10mol/L；碳纳米管在HCl溶液中的浓度为0.1～1mg/mL。

所述步骤(1)中过硫酸铵与苯胺的质量比值为1～5。

所述步骤(1)中超声的时间为10～120min，细胞粉碎的时间为30～120min；加入苯胺后的超声时间为10～60min。