一种柔性复合热电薄膜及其制备方法和应用

本发明涉及热电材料，具体涉及一种柔性复合热电薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、热电材料是一种利用固体内部的载流子运动从而实现热能与电能互相转化的材料。热电材料的性能通过热电优值zt表征，zt＝s2σtk-1，其中s代表seebeck系数，σ代表电导率，k代表热导率。根据公式可知，优异的热电性能表现在高seebeck系数、高电导率以及低热导率。在热电材料发展初期，关于以锑铋碲为主要元素的无机热电材料的研究取得了一定成果，但无机热电材料存在以下缺点：(1)热导率较高，且降低热导率的方法过于昂贵，原材料稀缺，成本高，不适合批量生产；(2)部分金属材料具有毒性，过量使用会加重环境负担，危害人体健康；(3)无机材料脆性较大，不能像柔性材料般适应各种复杂的工作环境。鉴于以上原因，人们开始把目光投向有机材料。如今，以碳纳米管作为基底的复合材料，有以下优点：制备方法简单、机械柔性好、热导率低和导电性好。除此之外，复合热电材料普遍具有较低的热导率，通常情况下可用功率因子pf来表征热电性能，pf＝s2σ，其中s仍代表seebeck系数、σ仍代表电导率。

2、在复合热电材料的研究中发现，通过将共轭聚合物与某些无机材料(如石墨烯、碳纳米管等碳材料)以及其他金属材料进行混合掺杂可以有效提高电导率，甚至突破seebeck系数和电导率的高度关联，实现二者同时提高；同时，通过分子设计工程，也可以直接调控共轭聚合物的物理状态和热电性能。超高纯单壁碳纳米管和共轭聚合物之间的界面作用力，也是决定复合材料热电性能的关键因素之一。在光电材料领域，已有许多新型供体-受体型(d-a)聚合物的出现，然而，对于热电材料方面来说是新颖的，供体-受体型共轭聚合物在热电方面的应用鲜有报道。故在此基础上，探索d-a共轭聚合物与碳纳米管新型复合材料的构筑将有助于推动其在实际生产当中的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的提供一种柔性复合热电薄膜及其制备方法和应用，利用碳纳米管和bdt基共轭聚合物分散在氯代苯溶液后混合再分散，真空抽滤成膜，干燥得到柔性复合热电薄膜。本发明柔性复合热电薄膜中bdt基共轭聚合物与碳纳米管的结合界面有π-π共轭效应，有良好的塞贝克系数和导电率，热电性能较好，可应用于热电材料。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、其一，本发明提供一种柔性复合热电薄膜，所述柔性复合热电薄膜为由碳纳米管与bdt基共轭聚合物混合掺杂形成且具有π-π共轭效应的复合材料。

4、其二，本发明提供一种上述柔性复合热电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

5、将bdt基共轭聚合物和氯代苯混合，超声分散得到聚合物溶液；

6、将碳纳米管和氯代苯混合，超声分散得到碳纳米管溶液；

7、将聚合物溶液和碳纳米管溶液进行混合，经搅拌和超声分散，使bdt基共轭聚合物和碳纳米管充分混合掺杂后得到混合物溶液；

8、将混合物溶液用滤纸进行减压过滤，去除混合物溶液中的溶剂，对滤纸上的产物进行压平、干燥、剥离，得到柔性复合热电薄膜。

9、进一步地，所述bdt基共轭聚合物的结构式为：

10、

11、进一步地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管的纯度为95％；所述氯代苯的纯度为99.5％。

12、进一步地，所述混合物溶液中bdt基共轭聚合物与碳纳米管的质量比为(1～4):3。

13、进一步地，所述聚合物溶液中bdt基共轭聚合物与氯代苯的质量比为1:(3～8)。

14、进一步地，所述碳纳米管溶液中碳纳米管与氯代苯的质量比为1:(3～8)。

15、进一步地，所述超声分散的时间是10～60min，超声功率为60～100w，超声波频率为20～60khz。

16、其三，本发明提供一种上述柔性复合热电薄膜的应用，上述柔性复合热电薄膜应用在制备热能转化为电能的产品中。

17、本发明的有益效果是：

18、本发明通过将碳纳米管和bdt基共轭聚合物分散在氯代苯溶液后混合再分散，真空抽滤成膜，干燥剥离后得到柔性复合热电薄膜。本发明采用碳纳米管网络被共轭聚合物包裹的结构使界面形成π-π共轭效应，有良好的塞贝克系数和导电率，热电性能较好，且具有材料轻盈、柔性好和性能稳定的特点，是一种良好的复合热电材料，具有很好的应用前景。本发明制备方法简单，操作方便，容易实现，可广泛应用于工业化生产。

技术特征：

1.一种柔性复合热电薄膜，其特征在于：所述柔性复合热电薄膜为由碳纳米管与bdt基共轭聚合物混合掺杂形成且具有π-π共轭效应的复合材料。

2.一种根据权利要求1所述的柔性复合热电薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的柔性复合热电薄膜的制备方法，其特征在于：所述bdt基共轭聚合物的结构式为：

4.根据权利要求2所述的柔性复合热电薄膜的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管为单壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管的纯度为95％；所述氯代苯的纯度为99.5％。

5.根据权利要求2所述的柔性复合热电薄膜的制备方法，其特征在于：所述混合物溶液中bdt基共轭聚合物与碳纳米管的质量比为(1～4):3。

6.根据权利要求2所述的柔性复合热电薄膜的制备方法，其特征在于：所述聚合物溶液中bdt基共轭聚合物与氯代苯的质量比为1:(3～8)。

7.根据权利要求2所述的柔性复合热电薄膜的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管溶液中碳纳米管与氯代苯的质量比为1:(3～8)。

8.根据权利要求2所述的柔性复合热电薄膜的制备方法，其特征在于：所述超声分散的时间是10～60min，超声功率为60～100w，超声波频率为20～60khz。

9.一种根据权利要求1所述的柔性复合热电薄膜的应用，其特征在于：其应用在制备热能转化为电能的产品中。

技术总结
本发明涉及复合热电材料技术领域，具体涉及一种柔性复合热电薄膜及其制备方法和应用。本发明碳纳米管和BDT基共轭聚合物分散在氯代苯溶液后混合再分散，经减压过滤使混合掺杂后的BDT基共轭聚合物和碳纳米管保留在滤纸上，最后对产物进行压平、干燥、剥离，得到柔性复合热电薄膜。本发明的柔性复合热电薄膜中BDT基共轭聚合物与碳纳米管的结合界面有π‑π共轭效应，有良好的塞贝克系数和导电率，热电性能较好，可应用于热电材料。本发明制备方法简单，操作方便，容易实现，可广泛应用于工业化生产。

技术研发人员：陈忠明,谢广华,胡恩奎,邱永福
受保护的技术使用者：东莞理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15