[发明专利]一种可拉伸碳纳米管/有机复合热电纤维及其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种可拉伸碳纳米管/有机复合热电纤维及其制备方法及应用，属于可拉伸热电材料及其制备和应用领域，制备方法为：(1)将羧基化碳纳米管和SDS加入到去离子水中混合搅拌超声，得到羧基化碳纳米管分散液；(2)将PVA和WPU加入到去离子水中溶解混合，得到凝固浴，然后将步骤(1)得到的分散液在步骤(2)中进行湿法纺丝，得到纤维；(3)将步骤(2)得到的纤维放入真空烘箱中，进行加热处理，冷却，即得可拉伸碳纳米管/有机复合热电纤维。本发明制备的复合纤维具有良好的热电性能，在柔性热电可穿戴领域具有广阔的应用前景。本发明制备工艺简单、具备连续化生产的潜力。

技术领域

本发明属于可拉伸热电材料及其制备和应用领域，特别涉及可拉伸碳纳米管/有机复合热电纤维的制备方法及应用。

背景技术

自发现以来，基于塞贝克效应的热电技术提供了一种独特的方法，可将热量直接转换为电能而不会造成环境污染。对于这种热电发电机，可产生的最大电势主要取决于热电材料的能量转换效率以及冷热端之间的实际温差。如果可以有效地收集和转换热量，人体就像连续不断的恒温源一样，有可能提供取之不尽的能量。地球上庞大的人口所产生的电能是相当可观的。它可以直接用于驱动可穿戴电子设备的运行，甚至可以收集以弥补电力需求的不足。因此，越来越多的研究集中在人体可穿戴的热电材料上。

为了满足耐磨性的要求，热电材料必须具有良好的机械柔韧性，最好具有韧性。具有高塞贝克系数的无机热电材料具有出色的热电性能。它们对材料的最大挑战穿戴式热电发生器很难匹配其形态随人类运动而变化的身体。常用的方法是通过真空过滤，旋涂，滴铸，刮涂，印刷，的真空过滤将无机热电材料涂覆在各种柔性基板(例如聚合物薄膜和纤维)上。为避免热电材料破裂，即使衬底是柔性的，具有层结构或核壳结构的器件也只能弯曲。另一种设计是将大块热电腿整合到与柔性电极连接的弹性聚合物中。这样，最终的热电发生器是柔性的，但是由于其不渗透性，它不适合覆盖更大的人体区域。

导电聚合物由于其机械柔韧性而成为一类有前途的热电材料。其中，聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)具有最高的能量转换效率，因此在柔性热电发生器中的应用引起了更多关注。与无机热电材料相比，低塞贝克系数限制了热电PEDOT：PSS的性能。在某些研究中，将具有高塞贝克系数或高电导率的无机热电材料混入PEDOT：PSS中，以改善复合材料的热电性能，但这会导致柔韧性和可拉伸性下降。碳材料，包括碳碳纳米管和石墨烯由于碳原子的二维六边形晶格的特征结构而具有柔韧性和导电性.碳纳米管(或石墨烯)与PEDOT：PSS之间的强相互作用可以有效地提高导电性除了导电聚合物外，石墨烯还可以单独混入弹性体中以制备柔性热电材料。一些石墨烯基热电材料的电阻通常对机械敏感。应变。因此，它们更适合于热电传感器，而不是热电发生器。然而，大多数当前的可穿戴热电材料仅是柔性的，而不是本征可拉伸的。它们的最大拉伸应变通常小于10％，无法满足可穿戴热电设备的实际需求。因此，非常有必要开发新型可拉伸热电材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可拉伸碳纳米管/有机复合热电纤维，同时提供了该纤维的制备及应用，克服现有技术中柔性热电材料在形态变化下性能变差的问题。本发明中由羧基化碳纳米管在聚乙烯醇和水溶性聚氨酯混合溶液中通过改进的湿法纺丝制备而成。

本发明提供一种可拉伸碳纳米管/有机复合热电纤维，所述纤维包含羧基化碳纳米管、十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙烯醇(PVA)和水溶性聚氨酯(WPU)的复合纤维。所述热电纤维由羧基化碳纳米管在聚乙烯醇和水溶性聚氨酯混合溶液中通过改进的湿法纺丝获得。

所述PVA和WPU的质量比为1:1。

所述羧基化碳纳米管分散液中十二烷基硫酸钠每克含量为0.1～10％。所述羧基化碳纳米管分散液中羧基化碳纳米管每克含量为0.1～10％。

所述羧基化碳纳米管均匀分布于复合纤维中。

本发明的一种可拉伸碳纳米管/有机复合热电纤维的制备方法，包括：