[发明专利]一种复合热电薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合热电薄膜材料及其制备方法，属于复合材料的制备技术领域，包括以下步骤：3,4‑乙撑二氧噻吩和碳纳米管混合，制得混合浆料；聚(3,4‑乙撑二氧噻吩)纳米纤维分散于极性质子有机溶剂Ⅰ中，并加入所述混合浆料，制得母液A；碳纤维分散于极性质子有机溶剂Ⅱ中，制得母液B；将所述母液A和所述母液B混合均匀后，蒸发溶剂，制得薄膜；将所述薄膜进行热处理，制得复合热电薄膜材料；本发明无需对碳纳米管进行表面修饰或改性，即可使碳纳米管在PEDOT导电聚合物基体中进行良好的分散，增强了热电薄膜导电性能和导热性能，为碳纳米管/PEDOT导电聚合物/碳纤维复合材料的进一步应用提供了良好的条件。

技术领域

本发明属于复合材料的制备技术领域，具体涉及一种复合热电薄膜材料及其制备方法。

背景技术

聚(3，4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)在德国的Bayer AG实验室被首次合成出来，是噻吩类导电聚合物的典型代表，通过在噻吩环的3位和4位引入乙撑二氧基得到的，其导电的掺杂状态非常稳定。PEDOT是聚噻吩的重要衍生物之一，具有很高的电导率、高的环境稳定性和相对较低的氧化聚合电位等。作为新近出现的导电高分子材料之一，近年来受到了人们的极大关注，在基础与应用研究方面均取得了很多重要进展和突破。例如，Heraeus和H.C.Stark公司已有多个系列的PEDOT与聚(4-苯乙烯磺酸)混合溶液(PEDOT:PSS)的商品化牌号Clevios^TM销售，详情可参见公司相关网站。然而，目前大多数热电材料薄膜的制备是将导电性良好的PEDOT粒子附着在不导电的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)主链上，二者在水溶液中的分布呈杂乱无序状，形成一种稳定的PEDOT/PSS悬浮液。导电材料(石墨烯、碳纳米管、碳纤维等)通常具有很高的杨氏模量和剪切模量值，可以起到促进导电和增韧的双重效果，此外，其还具有耐强酸、强碱性，用于柔性电热材料的制备中也具有良好的稳定性。但是导电材料造价高、生产速率低，限制了其大规模使用。为了进一步扩展上述导电材料的应用，本发明提供了一种复合热电薄膜材料的制备方法，为碳纤维/碳纳米管/PEDOT导电聚合物材料的进一步深入应用提供了一种可能。

发明内容

本发明提供了一种复合热电薄膜材料及其制备方法，解决了上述技术问题。

本发明第一个目的是提供一种复合热电薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)和碳纳米管混合，制得混合浆料；聚(3，4-乙撑二氧噻吩)纳米纤维分散于极性质子有机溶剂Ⅰ中，并加入所述混合浆料，制得母液A；碳纤维分散于极性质子有机溶剂Ⅱ中，制得母液B；将所述母液A和所述母液B混合均匀后，蒸发溶剂，制得薄膜；将所述薄膜进行热处理，制得复合热电薄膜材料。

优选地，所述聚(3,4-乙撑二氧噻吩)纳米纤维由以下步骤制得：

将3,4-乙撑二氧噻吩单体加入氧化剂和表面活性剂，100℃反应2.5～3.5h,制得聚(3,4-乙撑二氧噻吩)纳米纤维；

所述3,4-乙撑二氧噻吩单体和氧化剂摩尔比为1:0.5～2，所述表面活性剂占所述3,4-乙撑二氧噻吩单体质量百分比为0.25％～1％。

优选地，所述氧化剂为含过氧基的过二硫酸根类强氧化剂。

优选地，所述表面活性剂为水溶性含氟聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂。

优选地，所述混合浆料中3,4-乙撑二氧噻吩单体和碳纳米管质量比为8～10:1。

优选地，所述母液A中聚(3，4-乙撑二氧噻吩)纳米纤维和混合浆料质量比为0.5～1.5:1。

优选地，所述碳纤维和所述碳纳米管质量比为0.5～1.5:1。

优选地，所述极性质子有机溶剂Ⅰ和所述极性质子有机溶剂Ⅱ相同，且均为甲醇或乙醇。