[发明专利]热电材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种热电复合材料，其包含半导体聚合物和碳纳米管结构的物理混合物。本发明还提供了一种通过用无机盐掺杂来改善复合材料的热电功率因数的方法。

技术领域

本发明涉及一种热电复合材料，其包含式I的基于稠合噻吩的半导体聚合物、碳纳米管结构以及任选地作为掺杂剂的氧化盐。

其中：

R1＝–C₇H₁₅；

R2是相同的并且选自或–OR

R＝–C₈H₁₇；

当R2为时，X＝H或F；

当R2为–OR时，X＝H。

特别地，本发明涉及一种热电装置，其包含具有式I的基于稠合噻吩的半导体聚合物、碳纳米管结构以及任选地作为掺杂剂的氧化盐的热电复合材料。

更特别地，本发明涉及一种制备热电复合材料的方法。

背景技术

最基本的热电现象是塞贝克(Seebeck)效应，其中材料上的温度差会产生电压差，从而导致电荷从材料的热端向冷端移动。另一个相关的效应是珀尔帖(Peltier)效应，其中将取决于电流的方向发生热的吸收或排出。表征热电材料的因数为无量纲的优值(ZT)，它取决于电导率(σ，对于n-型材料，载流子为电子，对于p-型材料，载流子为空穴)、塞贝克系数(α，对于p-型材料为正而对于n-型材料为负)和热导率(κ)，如以下关系所示。

ZT＝α²σT/κ

良好的热电材料应具有高的电导率，以最大限度地减小焦耳热；低的热导率，以防止热短路；以及高的塞贝克系数，以最大限度地将热转换为电功率或将电功率转换为致冷。ZT值表示热和电功率之间的转换能力。

Hicks和Dresselhaus进行的理论预测表明，通过电子载流子的量子约束可大大提高热电效率[可参考Hicks,L.D.et al.Phys.Rev.B,1993,47,12727]。

可通过纳米制造在不改变电导率的情况下降低晶格热导率[可参考Harman,T.C.et al.,Science,2002,297,2229]。

然而，由于有机聚合物在等效结构单元之间具有相当的声子平均自由程和极小的间隔，故有机聚合物有着热导率非常低的固有优势[可参考Bubnova,O.et al.,NatureMater.,2011,10,429]。

迄今为止，已实现了多种基于有机聚合物的热电材料。大多数有机聚合物热电材料是导电聚合物如PEDOT、PANI、聚噻吩、聚吡咯及其衍生物[可参考Hu,X.et al.,J.Mater.Chem.A,2015,3,20896]。

新的基于有机的体系如亚乙基四硫醇盐、2,7-二烷基[1]苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩衍生物和若干其他基于噻吩:聚苯乙烯磺酸盐的材料显示出良好的前景[可参考Sheng,P.et al,Synthetic Metals,2014,193,1；Shi,W.et al,Chem.Mater.,2014,26,2669；Lee,S.H.et al.,J.Mater.Chem.A,2014,2,7288；Wang,Y.Y.et al.,J.Phys.Chem.C,2013,117,24716；Kim,G.H.et al.,Nature Mater.,2013,12,719；Kim,D.et al.,ACSNano,2014,4,2445；Jiang,Q.et al.,J.Electron.Mater.,2015,44,1585]。