[发明专利]一种限域组装热电复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种限域组装热电复合材料及其制备方法，包括如下步骤：将丝瓜络纤维先后与碱性溶液与氧化剂1水溶液混合处理，处理完后水洗至中性烘干，然后将其加入吡咯单体的水溶液中，再加入形貌控制剂、氧化剂2、络合剂和PEDOT:PSS及其分散剂，进行水热反应的同时进行辐照处理得到导电丝瓜络纤维，在超声处理及抽真空处理下使导电丝瓜络纤维与液态高分子聚合物前驱体充分混合，加热并保温固化得到限域组装热电复合材料。本发明材料具有较高的塞贝克系数和热电优值；原位生成的聚吡咯和加入的PEDOT:PSS具有协同作用，能显著提高材料的电导率和力学性能，且复合材料的热导率较低，具有很好的热电性能。

技术领域

本发明涉及聚合物复合材料技术领域，具体涉及一种限域组装热电复合材料及其制备方法。

背景技术

随着全球工业化进程的加快和人口的高速增长，世界范围内能源消耗也在不断增加，然而地球上的能源又是有限的，一些传统的不可再生能源，如煤、石油、天然气等开始日益枯竭，能源短缺问题日益突出，已成为每个国家不容忽视的问题。为了缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾，研究和开发新型可再生清洁能源和新型高效能量转换与存储技术已经迫在眉捷。目前可再生能源，如：太阳能、风能、水能等的开发和利用已经取得了较大的进展，但这些能源技术仅供应全球消耗的电能的一部分。一种潜在的可以大规模开发的可持续发展的“绿色”能源是热能。据统计世界范围内约有60％的能量以废热的形式被浪费掉。家庭采暖、汽车排气和工业生产等过程中都会产生大量未被充分利用的废热。寻找一种经济有效的技术实现废热向其它形式能源的转化，已经成为目前全球亟待解决的问题。在这样的背景下，热电能量转换技术作为能源转换的新型技术得到全球高度重视。

热电材料是一种通过固体内部载流子(空穴或电子)的输运实现热能和电能之间直接转换的功能材料。使用热电材料制备的热电发电和热电制冷器件由于具有体积小、无振动、无噪音、无污染、无磨损、免维护等特点，具有独特的优势。在当前热电材料的研究及应用领域中，无机半导体材料的热电性能较为理想，研究也较为广泛。但目前的无机热电材料一般存在着原料价格昂贵、加工工艺复杂、重金属污染等缺点，极大的限制了无机热电材料的发展和应用。随着研究手段和技术的进步，关于热电材料的探索也愈加广泛和深入，研究方向大致可分为两方面：一方面是研究含低维纳米结构的热电材料，例如含纳米结构的块体热电材料和薄膜超晶格等；另一方面是寻找更加“绿色”的新型热电材料，其中导电聚合物热电材料、以及导电聚合物基复合热电材料已成为研究新热点。近年来，随着导电聚合物热电材料研究的迅猛发展，其作为一种潜在的新型热电材料越来越引人注目。与无机半导体热电材料相比，导电聚合物基复合热电材料具有原材料成本低、加工简单等优点，此外它们的热导率较低，比一般的无机半导体材料(如：Bi-Te基合金和Sn-Se基合金)要低一到两个数量级。导电聚合物主要包括聚吡咯(PPy)、聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)、聚苯胺(PANI)、聚噻吩(PTH)及它们的衍生物等，由于同时具有聚合物的可加工性、以及掺杂后可达无机半导体甚至金属材料数量级的电导率，因此具有成为优良热电材料的潜力，但是与无机热电材料相比，PPy及其纳米复合材料的热电性能仍较低，对其开展更深入研究具有重要的意义。不过与无机热电材料相比，导电聚合物基热电材料的较突出优点是更有利于柔性热电器件的制备。

发明内容

为了解决聚合物复合材料塞贝克系数和热电优值较低的技术问题，而提供一种限域组装低维化热电复合材料及其制备方法，本发明复合材料具有较高的塞贝克系数和热电优值。

本发明通过以下技术方案实现：

一种限域组装热电复合材料的制备方法，包括如下步骤：