一种复合纤维热电材料及其制备方法技术

技术编号:22069959 阅读:17 留言:0更新日期:2019-09-12 12:22
本发明专利技术公开了一种复合纤维热电材料及其制备方法。所述复合纤维热电材料的制备方法,包括步骤:将离子液体单体与碳纳米管混合,引发所述离子液体单体发生聚合反应,得到聚离子液体/碳纳米管复合物;将所述聚离子液体/碳纳米管复合物加入到纺丝溶剂中,得到纺丝液;将所述纺丝液进行静电纺丝,得到复合纤维热电材料。本发明专利技术能够制备得到具有良好热电性能的复合纤维热电材料,且所述制备方法具有工艺简单、可控性高、生产成本低的优点,适合于复合纤维热电材料的大批量生产。

A Composite Fiber Thermoelectric Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种复合纤维热电材料及其制备方法
本专利技术涉及热电材料领域,尤其涉及一种复合纤维热电材料及其制备方法。
技术介绍
热电材料的研究是一个古老的课题,早在1823年德国科学家Seebeck发现有温度梯度的试样两端存在电势差,此现象称之为塞贝克效应,为后来用于测温的热电偶和热电能量转换器的应用提供了理论基础。1834年,法国的帕尔帖(Peltier)做了下述实验:将一滴水滴到金属铋和锑组成的线路的接头处时,当电流通过这两种金属组成的回路时,水结成了冰,亦称之为帕尔帖效应。1855年,Thomson发现并建立了塞贝克效应与帕尔帖效应之间的关系,并预言了第三种温差电现象,即汤姆逊效应的存在。汤姆逊效应的存在对后来的温差电学和热力学的发展起到了极大的推动作用。在这些研究发现之上,1911年,德国的Altenkirch提出了一个令人满意的温差电制冷和发电的理论,该理论指出:较好的温差电材料必须具有大的塞贝克系数,从而保证有较明显的热电效应,同时应有较小的热导率,使能量能保持在接头附近,另外还要求电阻较小,使产生的焦耳热最小。对这几个性质的要求可由“温差电优值”描述。近年来,热电材料的研究引起了广泛的关注。长期以来人们主要集中在无机热电材料,但无机热电材料存在成本高、加工困难、有毒等缺点,限制了其广泛应用。与无机热电材料相比,导电高分子热电材料具有资源丰富、价格低廉、易合成、易加工、且热导率低等突出优点,被认为是很有前途的热电材料。但遗憾的是导电高分子材料的Seebeck系数随着导电性的升高而迅速降低,很难得到性能优异的热电材料。因此,现有技术还有待于改进和发展。专利技术内容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复合纤维热电材料及其制备方法,旨在解决现有导电高分子热电材料的热电性能不高的问题。一种复合纤维热电材料的制备方法,其中,包括步骤:将离子液体单体与碳纳米管混合,引发所述离子液体单体发生聚合反应,得到聚离子液体/碳纳米管复合物;将所述聚离子液体/碳纳米管复合物加入到纺丝溶剂中,得到纺丝液;将所述纺丝液进行静电纺丝,得到复合纤维热电材料。所述的复合纤维热电材料的制备方法,其中,所述离子液体单体为聚吡咯鎓离子液体单体、聚噻吩鎓离子液体单体、聚咪唑鎓离子液体单体中的一种或多种。所述的复合纤维热电材料的制备方法,其中,所述聚离子液体/碳纳米管复合物中聚离子液体的分子量为8000-80000。所述的复合纤维热电材料的制备方法,其中,所述引发所述离子液体单体发生聚合反应的条件包括紫外光照射。所述的复合纤维热电材料的制备方法,其中,所述纺丝溶剂为三氯甲烷、乙醇、甲醇、丙酮、甲苯、DMF中的一种或多种。所述的复合纤维热电材料的制备方法,其中,所述纺丝液中还包括助纺剂。所述的复合纤维热电材料的制备方法,其中,所述助纺剂为聚环氧乙烷。所述的复合纤维热电材料的制备方法,其中,所述纺丝液中聚离子液体/碳纳米管复合物的质量浓度为0.001-0.1g/mL。一种复合纤维热电材料,其中,通过如上所述复合纤维热电材料的制备方法制备得到。所述的复合纤维热电材料,其中,所述复合纤维热电材料中碳纳米管质量分数为5-50%。有益效果:本专利技术先将离子液体单体与碳纳米管掺杂,再引发所述离子液体单体聚合,促使得到的聚离子液体是以碳纳米管表面为模板吸附生长形成的。同时,借助碳纳米管固有的磁电双极矩的各向异性,在电纺丝过程中诱导复合纤维定向排布,制备出分子链定向排布的复合纤维热电材料。本专利技术能够制备得到具有良好热电性能的复合纤维热电材料,所述制备方法具有工艺简单、可控性高、生产成本低的优点,适合于复合纤维热电材料的大批量生产。具体实施方式本专利技术提供一种复合纤维热电材料及其制备方法,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。电纺丝技术是制备结构有序的聚合物纤维复合材料的一种低耗高效的方法。本专利技术通过利用电纺丝技术,制备出分子水平上结构有序的聚离子液体/碳纳米管复合纤维热电材料的方法。本专利技术通过高Seebeck系数的聚离子液体与导电性好的碳纳米管复合,得到Seebeck系数高、导电性好的聚离子液体/碳纳米管复合纤维热电材料。本专利技术提供一种复合纤维热电材料的制备方法,其中,包括步骤:将离子液体单体与碳纳米管混合,引发所述离子液体单体发生聚合反应,得到聚离子液体/碳纳米管复合物;将所述聚离子液体/碳纳米管复合物加入到纺丝溶剂中,得到纺丝液;将所述纺丝液进行静电纺丝,得到复合纤维热电材料(聚离子液体/碳纳米管复合纤维热电材料)。本专利技术先使离子液体单体先与碳纳米管掺杂,再引发所述离子液体单体沿着碳管表面进行聚合,促使得到的聚合物(聚离子液体)以碳纳米管表面为模板的吸附生长形成的。同时,借助碳纳米管固有的磁电双极矩的各向异性,通过电纺丝方法诱导碳纳米管复合纤维定向排布,沉积出分子链定向排布的聚离子液体/碳纳米管复合纤维热电材料。本专利技术能够制备得到具有良好热电性能的复合纤维热电材料。本专利技术所述复合纤维热电材料的制备方法具体包括制备纺丝液、制备复合纤维热电材料等步骤。制备纺丝液:以离子液体单体、碳纳米管等为原料,根据设定的聚合物与碳纳米管配比,称量各反应物,利用原位掺杂、单体聚合方法制备出聚离子液体/碳纳米管复合物。选择适当纺丝溶剂,将所述聚离子液体/碳纳米管复合物溶于纺丝溶剂中,制备出具有适当浓度的纺丝液。聚离子液体是指由离子液体单体聚合生成的,在重复单元上具有阴、阳离子基团的一类离子液体聚合物,兼具离子液体和聚合物的优良性能。所述聚离子液体具有优良的导电性能和热电性能。优选地,所述离子液体单体为聚吡咯鎓离子液体单体、聚噻吩鎓离子液体单体、聚咪唑鎓离子液体单体中的一种或多种。更具体地,所述离子液体单体为1-乙烯基-1H-吡咯-1-鎓硼酸盐离子液体单体、1-乙烯基-咪唑鎓硼酸盐离子液体单体、1-乙烯基-苯并咪唑鎓硼酸盐离子液体单体中的一种或多种。优选地,所述将离子液体单体与碳纳米管混合前,还包括将所述碳纳米管分散在有机溶剂中。更优选地,所述有机溶剂为乙氰。优选地,所述聚离子液体/碳纳米管复合物中聚离子液体与碳纳米管的质量比为2:1-1:10,即W(碳纳米管):W(聚离子液体)=2:1-1:10,可调整聚离子液体掺杂状态,提高聚离子液体的溶解性,同时该比例下得到的产物易于成型,制备出致密的且热电性能优良的复合纤维热电材料。聚离子液体分子量、分子链构型对纤维形成有显著影响。聚离子液体分子量低,分子间缺少相互缠结,纺丝液喷射形成射流后,无法形成纤维;聚离子液体分子量太高,分子链之间的纠结较大,使其不易进行静电喷射,难以沉积纤维。优选地,所述聚离子液体/碳纳米管复合物中聚离子液体的分子量为8000-80000。更优选地,所述导电聚离子液体分子量为20000-50000。本专利技术通过调节聚合条件,如聚合时间、聚合温度,获取适当分子量的聚离子液体。优选地,所述引发所述离子液体单体发生聚合反应的条件包括紫外光照射。具体地,通过调控紫外光固化时间,紫外光固化时温度,以取得分子量高,分子量分布窄的聚离子液体。优选地,在所述引发所述离子液体单体发生聚合反应前,向离子液体单体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合纤维热电材料的制备方法,其特征在于,包括步骤:将离子液体单体与碳纳米管混合,引发所述离子液体单体发生聚合反应,得到聚离子液体/碳纳米管复合物;将所述聚离子液体/碳纳米管复合物加入到纺丝溶剂中,得到纺丝液;将所述纺丝液进行静电纺丝,得到复合纤维热电材料。

【技术特征摘要】
1.一种复合纤维热电材料的制备方法,其特征在于,包括步骤:将离子液体单体与碳纳米管混合,引发所述离子液体单体发生聚合反应,得到聚离子液体/碳纳米管复合物;将所述聚离子液体/碳纳米管复合物加入到纺丝溶剂中,得到纺丝液;将所述纺丝液进行静电纺丝,得到复合纤维热电材料。2.根据权利要求1所述的复合纤维热电材料的制备方法,其特征在于,所述离子液体单体为聚吡咯鎓离子液体单体、聚噻吩鎓离子液体单体、聚咪唑鎓离子液体单体中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的复合纤维热电材料的制备方法,其特征在于,所述聚离子液体/碳纳米管复合物中聚离子液体的分子量为8000-80000。4.根据权利要求1所述的复合纤维热电材料的制备方法,其特征在于,所述引发所述离子液体单体发生聚合反应的条件包括...

【专利技术属性】
技术研发人员:张嘉恒麦成康王振元王滨燊
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学深圳
类型:发明
国别省市:广东,44

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