一种有机复合热电薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机复合热电薄膜及其制备方法，其中，所述有机热电薄膜包括化学结构式为

【技术实现步骤摘要】
一种有机复合热电薄膜及其制备方法
本专利技术涉及热电材料领域，尤其涉及一种有机复合热电薄膜及其制备方法。
技术介绍
经济社会的发展离不开能源的持续供应，在如今石油、煤炭等化石能源日益匮乏，能源危机和环境污染等问题不断出现的国际大背景下，获取新型洁净能源已变得极其迫切。热电材料，又称温差电材料，是利用固体内部载流子的运动来实现热能和电能之间相互转换的半导体功能材料，其具有体积小、质量轻、运行安静且无需转换介质和机械可动等优点。热电材料的性能由热电优值ZT＝S2σT/κ来表征，其中S为材料的Seebeck系数，σ为电导率，T为热力学温度，κ为热导率，S2σ称为功率因子。ZT值越大热电转换效率越高，其热电材料的性能就越优异，因此一种优异的热电材料需要具有较大的Seebeck系数、高的电导率以及低热导率。无机材料由于具有较高的Seebeck系数和电导率，在热电材料领域得到快速发展，部分材料在热电偶控温和半导体制冷等领域已得到广泛应用。常用的无机热电材料主要有碲化铋，碲化铅，锗化硅，方钴矿以及一些金属硅化物和金属氧化物等，然而这些无机材料通常具有较高的热导率，因此无机热电材料的ZT值通常也不大，约在1左右。此外，由所述无机热电材料制成的薄膜还存在加工困难、价格昂贵、有毒等缺点，也阻碍了其商业化发展。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种有机复合热电薄膜及其制备方法，旨在解决现有的无机热电薄膜热导率较高、以及加工困难、有毒、价格昂贵等问题。本专利技术的技术方案如下：一种有机复合热电薄膜的制备方法，其中，包括步骤：A、在惰性气氛下，将单体I：和单体II：加入到二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中进行缩聚反应，其中，单体II中的n为2、3或5；B、将反应后溶液加入到甲醇溶剂中并进行离心处理，去除上清液后，得到聚合物粗产物；C、分别以甲醇、丙酮、正己烷作为溶剂对所述聚合物粗产物进行索氏提取，得到化学结构式为的有机热电材料，其中，m为40-70之间的自然数；D、将所述有机热电材料溶解在氯苯溶剂中并与单壁碳纳米管均匀混合，将得到的复合物溶液滴加到基片上，待氯苯溶剂挥发后得到致密的有机复合热电薄膜。所述有机复合热电薄膜的制备方法，其中，所述步骤A中加入的单体I和单体II的摩尔比为1:1。所述有机复合热电薄膜的制备方法，其中，所述缩聚反应的温度为130-170℃，时间为70-75h。所述有机复合热电薄膜的制备方法，其中，所述步骤B中的离心速度为2500-3500r/min，离心时间为5-15min。所述有机复合热电薄膜的制备方法，其中，所述步骤D中，有机热电材料溶解在氯苯溶剂中的浓度为15mg/ml。一种有机复合热电薄膜，其中，采用上述制备方法制备得到。有益效果：与传统的无机热电薄膜相比，本专利技术提供的有机复合热电薄膜包括分子结构式为的有机热电材料，该材料具有较高的Seebeck系数和热电性能，同时也具有较高的载流子迁移率，这使得本专利技术制备的有机复合热电薄膜具有优异的空气稳定性和热稳定性；并且本专利技术提供的制备方法简单易实现且成本低廉。附图说明图1为本专利技术有机复合热电薄膜中的有机热电材料的傅里叶转换红外线光谱分析曲线。图2为本专利技术有机复合热电薄膜中的有机热电材料的紫外-可见吸收光谱图。图3为本专利技术有机复合热电薄膜中的有机热电材料的X射线衍射谱图。图4a为本专利技术有机复合热电薄膜中的NDI-4的热重分析曲线。图4b为本专利技术有机复合热电薄膜中的NDI-6的热重分析曲线。图4c为本专利技术有机复合热电薄膜中的NDI-10的热重分析曲线。图5为本专利技术有机复合热电薄膜中的有机热电材料的差示扫描量热分析曲线。图6a为NDI-4与含量为10％的SWCNT组成的有机复合热电薄膜表面的扫描电镜放大图。图6b为NDI-6与含量为10％的SWCNT组成的有机复合热电薄膜表面的扫描电镜放大图。图6c为NDI-10与含量为10％的SWCNT组成的有机复合热电薄膜表面的扫描电镜放大图。图7为本专利技术有机热电材料与含量为10％的SWCNT组成的有机复合热电薄膜在300K时的Seebeck系数曲线。图8a为本专利技术有机热电材料与含量为90％的SWCNT组成的有机复合热电薄膜在300K时的Seebeck系数曲线。图8b为本专利技术有机热电材料与含量为90％的SWCNT组成的有机复合热电薄膜在300K时的电导率曲线。图8c为本专利技术有机热电材料与含量为90％的SWCNT组成的有机复合热电薄膜在300K时的功率因子曲线。图9为本专利技术NDI-10与不同含量的SWCNT组成的有机复合热电薄膜在300K时的热电性能曲线图。具体实施方式本专利技术提供一种有机复合热电薄膜及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种有机复合热电薄膜的制备方法，其中，包括步骤：S10、在惰性气氛下，将单体I：和单体II：加入到二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中进行缩聚反应，其中，单体II中的n为2、3或5；S20、将反应后溶液加入到甲醇溶剂中并进行离心处理，去除上清液后，得到聚合物粗产物；S30、分别以甲醇、丙酮、正己烷作为溶剂对所述聚合物粗产物进行索氏提取，得到化学结构式为的有机热电材料，其中，m为40-70之间的自然数；S40、将所述有机热电材料溶解在氯苯溶剂中并与单壁碳纳米管均匀混合，将得到的复合物溶液滴加到基片上，待氯苯溶剂挥发后得到致密的有机复合热电薄膜。具体来说，性能优异的热电材料需要具有较大的Seebeck系数和电导率以及低热导率，然而由于现有的无机热电材料的热导率较高，导致其热电性能较差；同时无机热电材料还存在加工困难、价格昂贵以及毒性较强等缺点，这严重阻碍了热电材料的商业化发展。为解决现有无机热电材料所存在的问题，本实施例提供了一种基于萘二酰亚胺的自组装微相分离的导电聚合物有机热电材料；所述有机热电材料中，萘二酰亚胺作为单体，烷基链连接萘二酰亚胺，所述萘二酰亚胺单体之间上可引入不同长度烷基链去改变聚合物的聚集方式从而改变有机热电材料的载流子迁移率。所述有机热电材料可通过缩聚反应进行溶液加工，利用所述有机热电材料与单壁碳纳米管(SWCNT)复合后制备的复合物薄膜，得到的自组装微相分离的导电聚合物有机复合热电薄膜材料具有优异的热电性能。更进一步地，本实施例提供的有机复合热电薄膜包括分子结构式为的有机热电材料，该材料具有较高的Seebeck系数和热电性能，同时也具有较高的载流子迁移率，这使得本专利技术制备的有机复合热电薄膜具有优异的空气稳定性和热稳定性；并且本专利技术提供的制备方法简单易实现且成本低廉。在惰性气氛下，将单体I和单体II加入到氯苯溶剂中进行缩聚反应；其中，所述单体I的分子结构式为所述单体II的分子结构式为单体II中的n为2、3、5。为节约成本并保证最大生产效率，在进行缩聚反应时，优选所述单体I和单体II的摩尔比为1:1。进一步地，所述缩聚反应的温度为130-170℃，时间为70-75h。当温度高于160℃时，反应速度过快不易控制，当温度低于140℃时，则催化剂活性较低，反应效率较低；因此，本专利技术优选反应温度为150℃，反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机复合热电薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、在惰性气氛下，将单体I：

【技术特征摘要】
1.一种有机复合热电薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、在惰性气氛下，将单体I：和单体II：加入到二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中进行缩聚反应，其中，单体II中的n为2、3或5；B、将反应后溶液加入到甲醇溶剂中并进行离心处理，去除上清液后，得到聚合物粗产物；C、分别以甲醇、丙酮、正己烷作为溶剂对所述聚合物粗产物进行索氏提取，得到化学结构式为的有机热电材料，其中，m为40-70之间的自然数；D、将所述有机热电材料溶解在氯苯溶剂中并与单壁碳纳米管均匀混合，将得到的复合物溶液滴加到基片上，待氯苯溶剂挥发后得到致密的有机复合热电薄膜。2.根据权利要求1所述有机复...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘成军，牛瑞雪，王雷，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44