PEDOT：PSS基復合熱電材料的制備與性能表征.pdf

1、熱電材料是一種能夠實現(xiàn)電能和熱能直接轉化的材料，可用于廢熱發(fā)電以及固態(tài)制冷，目前已經(jīng)在航天、半導體制冷等領域實現(xiàn)了應用。就目前研究現(xiàn)狀而言，無機熱電材料的熱電轉換效率遠高于有機熱電材料，所以一直以來研究比較多的是無機熱電材料。但是無機熱電材料存在原料成本高、制備過程復雜以及加工性較差等方面問題。因此近來，人們逐漸將目光投向了成本低、制備簡易以及具有柔性等優(yōu)點的有機熱電材料。聚（3,4-乙撐二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）熱

2、電材料被認為是熱電性能最好的有機熱電材料。但目前PEDOT:PSS熱電材料的研究大部分都集中在薄膜材料，塊體PEDOT:PSS的研究少之又少。盡管已有報道PEDOT:PSS薄膜材料具有著較好的熱電性能，但從大規(guī)模的熱電器件應用角度考慮，制備高性能的塊體PEDOT:PSS更具有實際意義。然而目前的塊體有機熱電材料的熱電轉換效率卻還無法滿足應用要求，因此必須對其進行提升。根據(jù)之前研究表明，通過在PEDOT:PSS基體中引入無機或金屬復合相能

3、夠提升電導率和Seebeck系數(shù)，并且能夠同時保留PEDOT:PSS低熱導率的特點，將成為今后PEDOT:PSS熱電材料優(yōu)化的主要方向。因此，本文分別從優(yōu)化電導率以及Seebeck系數(shù)兩大熱電參數(shù)入手，將納米銀材料以及碲銻鉍合金引入PEDOT:PSS基體中，以期提高熱電性能。主要的工作內容如下：
　?。?）首先通過熱壓成型法制備了PEDOT：PSS塊體材料，然后通過改變壓力和熱壓溫度，探索出最佳的塊體PEDOT:PSS熱壓成型工藝

4、，確立了熱壓成型制備塊體PEDOT:PSS熱電材料的成型制度。
　?。?）采用多元醇法和機械粉碎法分別制備銀納米線（AgNWs）、銀納米顆粒（AgNPs）和碲銻鉍（Bi0.4Sb1.6Te3）粉體。通過FE-SEM和 TEM等分析技術對所得產(chǎn)物進行了微觀形貌分析。AgNWs的直徑尺寸為60nm，長度為2-4μm左右。AgNPs的尺寸在40nm左右，顆粒形狀以立方體為主。Bi0.4Sb1.6Te3粉體顆粒大小尺寸在100nm-2μm

5、之間，呈無規(guī)則顆粒狀。
　　（3）利用超聲復合法將比例不同的AgNWs和PEDOT:PSS進行復合，得到復合粉體，熱壓成型得到塊體AgNWs/PEDOT:PSS復合樣品。通過XRD、FE-SEM、TEM對其微觀結構進行了表征，結果表明AgNWs均勻分散在PEDOT:PSS基體中。通過賽貝克系數(shù)測試系統(tǒng)、DSC以及激光熱導儀來測試樣品的電導率、Seebeck系數(shù)以及熱導率等熱電性能。研究結果發(fā)現(xiàn)當AgNWs復合量達到20wt％時，樣

6、品的電導率有明顯提升，最終 ZT值在300K時達到了2.4×10-3，相比純PEDOT:PSS的ZT值上升4倍左右。
　　（4）分別利用溶液共混法和粉體共混法兩種不同的方法制備AgNPs/PEDOT:PSS復合粉體，最后通過熱壓成型法制備得到塊體AgNWs/PEDOT:PSS復合樣品。通過XRD、FE-SEM、TEM對其微觀結構進行了表征，通過賽貝克系數(shù)測試系統(tǒng)、DSC以及激光熱導儀表征樣品的電導率、Seebeck系數(shù)以及熱導率等

7、熱電性能。研究結果表明粉體共混法能夠使AgNPs均勻分散在PEDOT:PSS基體中，所得復合樣品的熱電性能高于溶液共混法。但由于 AgNPs對于載流子的散射較為嚴重，對整體ZT值的優(yōu)化效果并不理想，因此最高ZT值僅為1.3×10-3。
　?。?）利用冷凍研磨法將PEDOT:PSS粉體與碲銻鉍（Bi0.4Sb1.6Te3）粉體進行均勻混合，得到Bi0.4Sb1.6Te3/PEDOT:PSS復合粉體，經(jīng)過熱壓成型得到Bi0.4Sb1.