[发明专利]有机复合材料膜的制备方法及提高其热电性能的方法

说明书

本发明公开了一种有机复合材料膜的制备方法及提高其热电性能的方法，其制备方法为：将苯胺与纳米碳材料混合搅拌，通过原位化学氧化聚合和樟脑磺酸二次掺杂方法制备纳米碳材料与聚苯胺的复合薄膜，所述纳米碳材料与聚苯胺的复合薄膜即为有机复合材料膜；其热电性能提高方法为：将上述有机复合材料膜置于碱溶液中浸泡处理去掺杂，然后取出用清水洗涤至中性并烘干。其制备工艺条件简单，成本低，可控性高，稳定性优异，适用于有机复合热电材料的大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于有机热电材料领域，涉及一种有机复合材料膜的制备方法及提高其热电性能的方法。

背景技术

近年来环境污染和能源危机日益加剧，研究开发清洁能源及能源转换技术已经成为全球能源发展趋势。热电转换技术利用半导体材料的塞贝克效应，将生活和工业中的大量废弃热能回收并直接转换成电能再次使用，有效缓解化石能源消耗问题。同时热电器件对环境无污染，无机械运动部件，性能可靠，在航空航天、石油化工、微电子器件和可穿戴电子设备等领域有广泛的应用。因此，热电材料的开发成为新能源材料领域的研究热点。

现今材料的热电性能由热电优值ZT来评价，ZT＝S²σT/κ,其中S为塞贝克系数，σ为电导率，T为绝对温度，κ为热导率，S²σ定义为功率因子，有机热电材料的热导率较低且变化较小，因此常采用功率因子衡量有机材料的热电性能。ZT值越高，材料的热电转换效率越高，更有利于实现热能向电能的高效转化。

目前研究和使用的热电材料大多数为无机热电材料，其高温热电优值ZT大于2，但重金属污染、价格昂贵和可加工性差等缺点限制其推广应用。相对于无机热电材料，有机热电材料具有成本低、可溶液加工、柔性、质量轻和热导率低等优点，在工业生产和科学研究领域都具有极大的研究价值(Angew.Chem.Int.Ed.,2015,54,1710-1723；EnergyEnviron.Sci.,2015,8,401-422)。因此，有机热电材料的开发成为近年来研究重点。但现有的有机复合材料膜热电性能普遍不佳。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种有机复合材料膜的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种有机复合材料膜的制备方法，将苯胺与纳米碳材料混合搅拌，通过原位化学氧化聚合和樟脑磺酸二次掺杂方法制备纳米碳材料与聚苯胺的复合薄膜，所述纳米碳材料与聚苯胺的复合薄膜即为有机复合材料膜。

上述就技术方案中所述纳米碳材料为具有纳米有序结构的碳材料。

上述就技术方案中所述纳米碳材料为碳纳米管、石墨烯或碳纤维。

上述就技术方案中所述纳米碳材料的含量占所述有机复合材料膜的40-95wt％。

本发明的目的之二在于提供一种提高上述有机复合材料膜热电性能的方法，将所述有机复合材料膜置于碱溶液中浸泡处理去掺杂，然后取出用清水洗涤至中性并烘干。

上述技术方案中所述碱溶液为氨水、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

上述技术方案中碱溶液浓度为0.001-13mol/L。

上述技术方案中所述有机复合材料膜在所述碱溶液中的浸泡时间为1s-50h。

上述技术方案中所述碱溶液处理温度为10-100℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明制备工艺条件简单，成本低，可控性高，稳定性优异，适用于有机复合热电材料的大规模工业化生产；

2)本发明通过利用碱溶液对有机复合材料膜进行处理，除去樟脑磺酸调控聚苯胺链段构象和分子结构，使聚苯胺分子结构由苯环向醌环转变，分子链构象由伸展向蜷缩状态转变，进而影响其结晶性并调节有机复合材料膜的电荷传导性能；