CNTs-PEDOT-PSS溫差發(fā)電復(fù)合紡織材料的制備與性能研究.pdf

1、溫差發(fā)電材料是一類能夠利用環(huán)境溫度差獲得電能的功能材料。將溫差發(fā)電材料與紡織材料結(jié)合在一起，制成溫差發(fā)電復(fù)合紡織材料，可以利用人體與周圍環(huán)境間的溫度差，實現(xiàn)電能的持續(xù)收集。聚（3，4-乙撐二氧噻吩）∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)，被認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ母叻肿訙夭畎l(fā)電材料之一。前期研究表明，在PEDOT∶PSS中加入納米碳材料可以提高熱電性能。碳納米管(CNTs)是一種具有獨特結(jié)構(gòu)的一維碳材料，有較大的比表面積和很高的長程電導(dǎo)率，

2、而且CNTs可以在PEDOT∶PSS中均勻分散。將兩者與織物結(jié)合成為溫差發(fā)電復(fù)合紡織材料，有望成為柔性可穿戴式能源裝置的關(guān)鍵材料。
　　本文采用PEDOT∶PSS將CNTs均勻分散到織物上，制成溫差發(fā)電復(fù)合紡織材料。通過改變PEDOT∶PSS、CNTs含量;織物的纖維原料;織物的結(jié)構(gòu)，研究了對制成復(fù)合紡織材料的熱電性能、服用性能的影響。采用XRD、FE-SEM表征了材料的結(jié)晶情況和表面形貌，并測試了材料的電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)

3、和熱導(dǎo)率，并計算出ZT優(yōu)值，研究了復(fù)合紡織材料熱電性能的影響，并研究了對織物的透濕性、折皺回復(fù)性、硬挺度、拉伸性能等服用性能的影響。主要的研究結(jié)果如下:
　　(1)當(dāng)CNTs含量一定時，隨著PEDOT∶PSS含量的增加，熱電性能先增加后稍微下降。透濕量有少量的增加，但是相對于原織物的透濕量下降了5.71％;折皺回復(fù)性變好;織物的硬挺度增加14.71％，挺括性增強(qiáng);斷裂強(qiáng)力有稍微的下降，下降了12.31％，但是對服用性能影響不大。當(dāng)

4、PEDOT∶PSS含量一定時，隨著CNTs含量的增加，熱電性能成上升趨勢。透濕性下降，透濕量最大下降了22.54％;經(jīng)向急彈性和緩彈性回復(fù)角分別增加了22.88％和37.93％，折皺回復(fù)性增強(qiáng);織物的硬挺度增加了14.38％，挺括性增強(qiáng);拉伸性能隨著CNTs含量的增加而增加，但是相較于原織物在拉伸性能下降了，最下降了2.57％。當(dāng)CNTs為0.4％，PEDOT∶PSS含量為10％，ZT值最大，熱電性能最好。織物服用性能增強(qiáng)或者有稍微下降

5、。
　　(2)采用不同纖維原料的織物為基材制備CNTs/PEDOT∶PSS溫差發(fā)電復(fù)合紡織材料，電導(dǎo)率:棉織物＞滌棉織物＞滌綸織物。三種織物的Seebeck系數(shù)差別不大。熱導(dǎo)率:棉織物＞滌棉織物＞滌綸織物，但是其變化幅度小于電導(dǎo)率，結(jié)果是ZT值的增加，即熱電性能增加。對比以不同纖維原料為基材的熱電性能:純棉織物＞滌棉織物＞滌綸織物。在PEDOT∶PSS含量為10％，CNTs含量為0.4％時，以棉纖維、滌棉纖維、滌綸纖維為基材的復(fù)合

6、紡織材料透濕量分別下降了22.54％、18.95％、12.36％;經(jīng)向急彈性折皺回復(fù)角分別增加了22.88％、18.94％、13.17％;緩彈性折皺回復(fù)角分別增加了17.82％、17.40％、12.08％;抗彎長度分別增加了14％、12％、9％;斷裂強(qiáng)度分別下降了2.56％、2.36％、0.40％。在三種織物的透濕量下降，折皺回復(fù)性和硬挺度增加，斷裂強(qiáng)力有少量下降，變化程度:棉織物＞滌棉織物＞滌綸織物。制備的CNTs/PEDOT∶PSS

7、溫差發(fā)電紡織材料對紡織材料服用性能影響不大。所以棉織物為基材的溫差發(fā)電復(fù)合紡織材料具有較好的性能。
　　(3)采用不同結(jié)構(gòu)的織物為基材制備CNTs/PEDOT∶PSS溫差發(fā)電復(fù)合紡織材料，不同結(jié)構(gòu)的織物的電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)和熱導(dǎo)率:非織造織物＞機(jī)織物，ZT值:非織造織物＞機(jī)織物，所以非織造織物為基材的熱電性能較好。當(dāng)PEDOT∶PSS含量為10％，CNTs含量為0.4％時，復(fù)合紡織材料的透濕量下降了11.89％;織物的折皺