[发明专利]一种柔性有机无机复合热电薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高性能柔性有机无机复合热电薄膜及其制备方法和应用，所述柔性有机无机复合热电薄膜包括：柔性有机基体，以及分散在所述柔性有机基体中Tasubgt;4/subgt;SiTesubgt;4/subgt;基晶须，所述Tasubgt;4/subgt;SiTesubgt;4/subgt;基晶须的化学组成为(Tasubgt;1‑x/subgt;Mosubgt;x/subgt;)subgt;4/subgt;SiTesubgt;4/subgt;，0≤x≤0.1；所述Tasubgt;4/subgt;SiTesubgt;4/subgt;基晶须的含量为5wt%～80wt%。

技术领域

本发明涉及一种高性能柔性有机无机复合热电材料及其制备和应用，属于柔性热电材料领域。

背景技术

柔性热电技术基于Seebeck效应，可以利用人体温度或环境温度直接给可穿戴电子器件供电，近些年来备受青睐。这项技术清洁环保，安全稳定，且能持续工作，避免了传统锂电池等电源需要经常充电或更换所带来的一系列问题，十分契合可穿戴智能设备的要求，拥有巨大的应用前景。

为提高穿戴的舒适性以及获得更高的能量利用率，柔性热电器件需要贴合人体，这对其中的材料有很高的要求，不仅需要具备优异的室温热电性能，还应该具备足够好的柔性。传统的无机热电材料中，Bi₂Te₃基热电材料室温性能最好，应用最广，但为脆性材料，因此在柔性热电领域应用受限。而有机热电材料虽然多数具有良好的柔性，但现阶段热电性能还不够高。为了满足柔性热电材料的结构和性能需求，将无机热电材料与有机热电材料结合，形成性能互补，制备有机无机复合热电薄膜成为柔性热电材料近些年的研究热点。

有机无机复合薄膜中，柔性有机基体选择很多，如聚偏氟乙烯，吡咯并吡咯基共轭聚合物，萘酰亚胺基共轭聚合物，苝酰亚胺基共轭聚合物等有机高聚物，一般热电性能不高，主要用以提供柔性支撑。而复合薄膜中的无机填料需要低维结构才能满足柔性器件的弯曲变形，所以常用碳纳米管以及金属纳米线这类一维结构材料。但是这类材料Seebeck系数低，导致器件设计结构更复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高Seebeck系数，高功率因子且兼具良好柔性的Ta₄SiTe₄基有机无机复合薄膜材料及其制备和应用，有望实现柔性热电器件的高输出功率密度和柔性，促进柔性热电器件的发展，在可穿戴电子材料领域具有广阔的应用前景。

一方面，本发明提供了一种柔性有机无机复合热电薄膜，所述柔性有机无机复合热电薄膜包括：柔性有机基体，以及分散在所述柔性有机基体中Ta₄SiTe₄基晶须，所述Ta₄SiTe₄晶须的化学组成为(Ta_1-xMo_x)₄SiTe₄，0≤x≤0.1；所述Ta₄SiTe₄晶须的含量为5wt％～80wt％。

在本发明中，首次选用Ta₄SiTe₄基晶须作为无机填料，以制备柔性有机无机复合热电薄膜。其中，Ta₄SiTe₄基晶须是一种准一维范德华晶体，具有天然的一维结构，容易生长成晶须状。而且，Ta₄SiTe₄基晶须为一种窄带隙半导体，室温下具有大Seebeck系数和高的功率因子，因此非常适合作为有机无机复合热电薄膜的无机填料。而且，Ta₄SiTe₄基晶须构成导电网络，有机基体材料包裹着晶须，二者紧密结合，同时存在一定的相互作用。所得Ta₄SiTe₄基有机无机复合薄膜有较高的Seebeck系数和功率因子，同时还具有很好的柔性。

较佳的，所述的Ta₄SiTe₄晶须的含量为35～55wt％。