[发明专利]一种大面积窄带隙有机聚萘热电薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种大面积窄带隙聚萘热电薄膜的制备方法。该方法包括如下步骤：(1)将苝四甲酸二酐置于两端开口的石英舟中，再将石英舟放置在石英管内，接着将石英管置于双温区真空管式炉中，并使所述石英舟的位置处于第一温区的中部；同时将基底置于所述石英管内且处于所述石英舟的载气气流下游侧；(2)对所述双温区真空管式炉抽真空，在保持真空度的同时通入载气，控制一定升温速率，到达两个温区不同的目标温度后保温的一定时间，后自然降温。与此同时保持真空度且打开载气并控制一定的流量。本发明方法所需设备简单，过程简易，节约能源，原料简单易得，成本低廉，克服了窄带隙类石墨烯材料的大面积合成的困难。

技术领域

本发明属于有机热电材料领域，具体涉及一种利用气相传输热解制备大面积窄带隙有机聚萘热电薄膜的方法。

背景技术

能源与环境是人类生存与发展所必须的物质资源，绿色能源的开发以及环境友好的能源利用方式是人类在家园上得以长久持续的基本要求。在化石能源资源逐渐减少的当代，各种非化石能源如风能、水能、地热能、核能以及太阳能等逐渐成为能源总体供给的一部分。热电材料作为一种环保型的能源转换材料也逐渐引起人们的关注。塞贝克效应、帕尔贴效应和汤姆逊效应为热电材料的应用提供理论支持。目前有机热电材料因具有来源广、成本低、毒性低、热导率低、可大面积制备柔性器件等特点具有良好的研究与应用前景。

低维材料在热电响应的电热传输方面被报道具有一定的调控作用。纳米材料在低维状态下会表现出量子局域效应，可以在保持电导率的同时降低热导率从而提高热电传输性质，因此可以提高材料的热电优值。例如宽度小于10nm的石墨烯纳米带(GrapheneNanoribbons,GNRs)就被认为具有近一维的结构。石墨烯纳米带的制备分为“自上而下”法，例如侧面切开多壁碳纳米管、等离子刻蚀、原子力显微镜的阳极氧化等；与“自下而上法”，主要指化学合成。尽管有如此多制备方法，想要廉价高效获得大面积的石墨烯纳米带材料仍然存在巨大的挑战。因此制备具有类似石墨烯纳米带结构与性质的体相热电材料仍然具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种大面积窄带隙有机聚萘热电薄膜的制备方法。该方法所需设备简单，过程简易，节约能源，原料简单易得，成本低廉。并且得到的薄膜材料热电性能好，对于发展该类有机热电材料的大面积合成具有十分重要的意义。

为了实现上述目的，本发明利用在双温区管式炉中抽真空惰性气氛下，通过控制原料所在位置温度及惰性气体的流速，一步热解得到聚萘薄膜PPN，结构如式Ⅰ所示，其中，n为大于20的自然数。所制备的薄膜无需特别的后处理。

具体方法包括如下步骤：

1)将原料苝四甲酸二酐置于两端开口的石英舟中，再将所述石英舟放置在石英管内，接着将所述石英管置于双温区真空管式炉中，按照气流的流向，将气流经过所述双温区真空管式炉的第一加热区域定义为第一温区，第二加热区域定义为第二温区；并使所述石英舟的位置处于所述第一温区的中部；同时将基底置于所述石英管内且处于所述石英舟的气流下游侧；

2)对所述双温区真空管式炉抽真空，在保持真空度的同时通入载气，按照2～10摄氏度/分钟的升温速率对所述双温区真空管式炉进行加热，使第一温区的温度达到目标温度530～900摄氏度并保温1～6小时，同时使第二温区的温度达到目标温度室温(即15-25摄氏度)～500摄氏度并保温；然后停止加热使双温区真空管式炉内温度降至室温，即在所述基底上得到有机聚萘热电薄膜。

上述制备方法，步骤1)中苝四甲酸二酐的用量可为100～300毫克。原料的用量会影响膜厚，原料用量越多，在其他条件相同的情况下得到的薄膜越厚。而且薄膜厚度对其形貌结构及热电性质的影响不大。