采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法技术

本发明专利技术提供了一种采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法，属于凝胶热电器件制备方法技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括如下步骤：a）配制浓度为0.1mol/L

Method of preparing flexible self driving temperature / pressure sensor using thermoelectric gel

【技术实现步骤摘要】
采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法


[0001]本专利技术属于电子信息
，具体涉及一种基于导电离子盐Na2SO4、Na2SO3的凝胶热电器件，尤其涉及一种采用氧化还原对SO
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/SO
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制备柔性可拉伸凝胶热电器件以及自驱动温度/压强传感器的方法。

技术介绍

[0002]温差热电池是一种利用器件两端温度差异将热能不断转化为电能的装置，由于其能够连续将热量转化为电能而不会产生副产物或消耗材料，因此吸引了越来越多的关注。传统的基于半导体塞贝克效应的温差电池由于其塞贝克系数较低、刚性且不可弯折，使得其环境适应性较差，应用范围受限。对于回收环境中的低品位废热而言，虽然采用有机半导体进行热电转换是可行的路径之一，但是有机半导体固有的物理化学性质不稳定性以及低迁移率也严重制约了其应用发展。然而，基于氧化还原电对在热端和冷端发生氧化/还原反应并通过电解质对流和扩散到对应电极，热电池两端可以产生电势差，进而可连续产生电能而不会消耗任何材料。水凝胶是一类将亲水性基质和导电介质有机结合的新型电解液，具有高柔韧性、可拉伸性、稳定的物理化学性能，在柔性电子设备等领域具有广阔的应用前景。因而，将氧化还原对离子盐溶解于水凝胶，结合水凝胶具有的高离子导电率、可拉伸性和组织柔软性，即可得到柔性可拉伸的高效凝胶热电器件。目前，常用的无机氧化还原对有Fe(CN)
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/ Fe(CN)
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、I
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>/I3‑
、Fe
3+
/Fe
2+
等，这些基本都有一定的毒性或腐蚀刺激性，而对于利用SO
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/SO
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来制备凝胶热电器件的报道还没有发现。另外，基于凝胶热电器件开发一种自驱动多功能传感器，对多种环境参量实现无源实时监测也是极具意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法的改进。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法，包括如下步骤：a）配制浓度为0.1mol/L
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0.3mol/L的硫酸盐和亚硫酸盐化学计量比为1：1的溶液，再向溶液中加入5
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10g聚乙烯醇、0.1
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0.2g聚苯乙烯磺酸盐，并在70
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100℃恒温下搅拌2
‑
4小时；b）反应结束后，将溶液倒入两端已放置导电纤维的模具中，置入
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20℃冷冻24
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48小时后，得到硫酸盐/亚硫酸盐水凝胶；c）将步骤b制得的凝胶封装，并从导电纤维处引出电极，即得凝胶热电器件和自驱动温度/压力传感器。
[0005]所述步骤a）中采用的硫酸盐和亚硫酸盐具体采用硫酸钠和亚硫酸钠或硫酸钾和亚硫酸钾。
[0006]所述步骤a）中聚苯乙烯磺酸盐中PEDOT与PSS质量分数分别为0.5wt%、0.8wt%，电
导率为1S/cm。
[0007]所述步骤a）中配制的溶液中的溶剂采用二甲基亚砜质量浓度为10%的水溶液。
[0008]所述步骤a）中90
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100℃恒温下搅拌2
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4小时。
[0009]所述的步骤b），是将两根导电纤维预先固定在模具内。
[0010]所述的步骤c），是将整个凝胶器件用Ecoflex一次性浇筑封装。
[0011]所述的凝胶热电器件的塞贝克系数超过1.6mV/K。
[0012]所述的自驱动温度/压力传感器具有柔性可拉伸性，并能够无源探测环境温度以及压力的变化。
[0013]本专利技术相对于现有技术具备的有益效果为：本专利技术利用导电离子盐制备凝胶热电器件只需在90
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100℃较低温度下采用廉价简单的原料：硫酸钠、亚硫酸钠、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯醇、二甲基亚砜、水等进行合成，即，反应溶剂均匀混合后，再将原料加入到反应溶剂中并置入磁力搅拌器内加热搅拌即可，操作程序简单，合成过程中调控参数较少，合成成本低。所制得的硫酸钠/亚硫酸钠水凝胶具有优异的柔软性、可拉伸性、导电性等。此外，该水凝胶器件不仅展现了优异的热电输出性能，塞贝克系数超过1.6mV/K，还对环境温度和压力变化具有较高的敏感响应，输出电压与温度和压力呈良好的线性关系，这表明所制备的水凝胶器件既能收集环境低品位热能，也能用于自驱动监测环境温度和压力变化（无需外部电源）。
附图说明
[0014]下面结合附图对本专利技术做进一步说明。
[0015]图1是本专利技术方法制备的凝胶热电器件在10℃的温差下的稳态电压和输出功率。
[0016]图2是本专利技术方法制备的凝胶不同浓度配比下的导电性。
[0017]图3是本专利技术方法制备的凝胶的拉伸应变曲线。
[0018]图4是本专利技术方法制备的凝胶实物弯曲、扭曲、拉伸的照片。
[0019]图5是本专利技术方法制备的凝胶热电器件在不同的温差下的电压输出。
[0020]图6是本专利技术方法制备的凝胶热电器件在5℃的温差下的电压曲线。
[0021]图7是本专利技术方法制备的凝胶热电器件在不同压应力下的电流输出。
[0022]图8是本专利技术方法制备的凝胶热电器件在5℃温差下施加约200mN外力下的电流曲线。
具体实施方式
[0023]如图1
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8所示，本专利技术研究和探索一种基于氧化还原电对SO
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/SO
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的柔性可拉伸凝胶电解液，目的是提供一种基于SO
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/SO
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的柔性可拉伸凝胶热电器件及其自驱动温度/压力传感器的制备方法。
[0024]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于氧化还原对SO
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/SO
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的柔性可拉伸凝胶热电器件及自驱动温度/压强传感器的制备方法包括以下步骤。
[0025]a）配制浓度为0.1mol/L
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0.3mol/L的硫酸盐和亚硫酸盐（化学计量比为1:1）溶液（溶剂为二甲基亚砜质量浓度为10%的水溶液），再向溶液中加入5
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10g聚乙烯醇、0.1
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0.2g聚苯乙烯磺酸盐，并在90
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100℃恒温下搅拌2
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4小时；
b）反应结束后，将溶液倒入两端已放置导电纤维的模具中，置入
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20℃冷冻24
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48小时后，得到硫酸盐/亚硫酸盐水凝胶；c）将步骤b制得的凝胶用Ecoflex封装，并从导电纤维处引出电极，即得凝胶热电器件及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法，其特征在于：包括如下步骤：a）配制浓度为0.1mol/L
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0.3mol/L的硫酸盐和亚硫酸盐化学计量比为1：1的溶液，再向溶液中加入5
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10g聚乙烯醇、0.1
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0.2g聚苯乙烯磺酸盐，并在70
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100℃恒温下搅拌2
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4小时；b）反应结束后，将溶液倒入两端已放置导电纤维的模具中，置入
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20℃冷冻24
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48小时后，得到硫酸盐/亚硫酸盐水凝胶；c）将步骤b制得的凝胶封装，并从导电纤维处引出电极，即得凝胶热电器件和自驱动温度/压力传感器。2.根据权利要求1所述的一种采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法，其特征在于：所述步骤a）中采用的硫酸盐和亚硫酸盐具体采用硫酸钠和亚硫酸钠或硫酸钾和亚硫酸钾。3.根据权利要求1所述的一种采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法，其特征在于：所述步骤a）中聚苯乙烯磺酸盐中PEDOT与PSS质量分数分别为0.5w...

【专利技术属性】
技术研发人员：张虎林，田超慧，白晨辉，崔小静，禚凯，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：