一种有机热电薄膜及其制备方法技术

一种有机热电薄膜及其制备方法，有机热电薄膜的制备方法包括：将含有聚(3,4

【技术实现步骤摘要】
一种有机热电薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及有机热电
，具体涉及一种有机热电薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]如今，随着城市智能化在全世界范围内的发展推进，特别是各式各样的可穿戴设备使得人们的生活变得更加便捷和高效。然而，支撑这些可穿戴设备的工作都需要电力的支撑，而利用环境温差供电的热电技术可以实现可穿戴设备的自供电，从而扩大可穿戴设备的应用范围。
[0003]热电材料是利用塞贝克效应(Seebeck effect)实现热能到电能的转换，当材料两端存在温差时温度场驱动材料内部载流子迁移，从而在材料两端输出电势差。PEDOT:PSS是指经聚苯磺酸乙烯(PSS)掺杂的聚3,4
‑
乙撑二氧噻吩(PEDOT)的有机导电聚合物，其具有优良的导电性能、透明性和稳定性，作为有机热电材料得到了广泛研究。
[0004]但是由于商业的PEDOT：PSS水分散液成膜后电性能表现一般，因此经常使用乙二醇(EG)、浓硫酸(H2SO4)后处理来提高膜的电性能，但却忽略了有机薄膜的力学性能。实际上，本征态PEDOT:PSS薄膜以及硫酸等后处理的薄膜的力学拉伸和弯曲性能都比较差，难以真正实现真实场景的应用。同时，这样在水系环境中制备的有机热电薄膜由于具有较好的亲水性，导致抗静电薄膜的耐水性差。PEDOT:PSS的上述缺陷在一定程度上限制了其在有机热电领域的实际应用。
[0005]公开号为CN108630340A的中国专利公开了一种PEDOT:PSS@离子液体凝胶复合自支撑柔性透明电极的制备方法，但仅说明了部分离子液体与PEDOT:PSS溶液复合后的薄膜在电导率和透光率方面的性能优化。
[0006]授权公告号为CN210403231U的中国专利公开了一种富氮多孔碳为电极的电化学驱动器，虽提及部分类似种类离子液体与聚合物电解质的复合材料，但PEDOT:PSS在该专利中仅是作为电化学驱动器电极使用，并未与离子液体复合。
[0007]公开号为CN111154196A的中国专利公开了一种PEDOT/离子液体改性PSS导电聚合物及其有机溶剂分散液、应用，提及了大量种类离子液体以及有机溶剂，目的在于改善PEDOT:PSS分散液的稳定性以及其涂布后抗静电膜的强度及稳定性，并不涉及热电功率因子和拉伸应变。
[0008]公开号为CN111682123A的中国专利公开了一种改性PEDOT:PSS薄膜及其制备方法与应用，使用了二甲基亚砜(DMSO)及聚乙二醇辛基苯基醚Triton X
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100处理PEDOT:PSS用于制备发光二极管的电极材料，并不涉及离子液体以及热电方面的应用。
[0009]《Synergistic enhancement of thermoelectric and mechanical performances of ionic liquid LiTFSI modulated PEDOT flexible films》(Qikai Li,ab Manjiao Deng等，J.Mater.Chem.C,2019,7,4374
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4381)公开了离子液体LiTFSI调制的PEDOT柔性薄膜的热电和机械性能的协同增强，然而，其热电功率因子和拉伸应变较低，且局限于旋涂薄膜的性能，不具备自支撑或柔性基底上的使用优势。

技术实现思路

[0010]根据第一方面，在一实施例中，提供一种有机热电薄膜的制备方法，包括：将含有聚(3,4
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乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸的溶液与离子液体混合，反应结束后，将所得溶液转移至模具中和/或基底表面，干燥，得到所述有机热电薄膜。
[0011]根据第二方面，在一实施例中，提供一种有机热电薄膜，所述有机热电薄膜含有聚(3,4
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乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸以及离子液体。
[0012]根据第三方面，在一实施例中，提供基底，所述基底负载有第一方面所述有机热电薄膜。
[0013]根据第四方面，在一实施例中，提供包含第一方面所述有机热电薄膜的热电器件。
[0014]根据第五方面，在一实施例中，提供包含第一方面所述有机热电薄膜的可穿戴设备。
[0015]根据第六方面，在一实施例中，提供包含第一方面所述有机热电薄膜的人造皮肤。
[0016]依据上述实施例的有机热电薄膜及其制备方法，通过加入离子液体，显著改善有机热电薄膜的性能，提高有机热电薄膜的力学拉伸和弯曲性能，极大地提高了有机热电薄膜在有机热电领域及柔性电子领域的应用范围。
附图说明
[0017]图1为一实施例中加入离子液体前后的分子排布示意图；
[0018]图2为一实施例中无支撑薄膜的制备流程图；
[0019]图3为一实施例中有支撑薄膜的制备流程图；
[0020]图4为实施例中PEDOT:PSS/离子液体复合薄膜的热电性能图；
[0021]图5为PEDOT:PSS/离子液体复合薄膜的力学拉伸以及弯曲性能图；
[0022]图6为未经离子液体处理的PEDOT:PSS薄膜的电阻率
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弯曲循环次数关系图；
[0023]图7为实施例1～6中经过离子液体处理后的薄膜在30℃条件下测得的电导率
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循环弯曲次数关系图；
[0024]图8为实施例1～6制得的有机热电薄膜在10000次循环弯曲前后的电导率(Electrical conductivity，符号表示为σ)、Seebeck系数(Seebeck coefficient，符号表示为S)变化情况图；
[0025]图9为实施例7～9中经过离子液体处理后的薄膜在30℃条件下测得的电导率
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循环弯曲次数关系图；
[0026]图10为实施例7～9制备的薄膜的热电功率因子(Power factor)
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拉伸应变(Tensile strain)关系图。
具体实施方式
[0027]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过
多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0028]另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机热电薄膜的制备方法，其特征在于，包括：将含有聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸的溶液与离子液体混合，反应结束后，将所得溶液转移至模具中和/或基底表面，干燥，得到有机热电薄膜；所述离子液体包含一元离子液体；所述离子液体含有如下阳离子中的至少一种：锂离子(Li
+
)、钠离子(Na
+
)、钾离子(K
+
)、铵离子(NH
4+
)、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑鎓离子(Emim
+
)、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑鎓离子(Bmim
+
)、1
‑
己基
‑3‑
甲基咪唑鎓离子(Hmim
+
)、1
‑
乙基
‑1‑
甲基吡咯烷鎓离子(Emppy
+
)、1
‑
丁基
‑1‑
甲基吡咯烷鎓离子(Bmppy
+
)；和/或，所述离子液体含有如下阴离子中的至少一种：氯离子(Cl
‑
)、甲酸根离子(HCO2‑
)、乙酸根离子(CH3COO
‑
)、双氟磺酰亚胺根离子(FSI
‑
)、双三氟甲磺酰亚胺根离子(TFSI
‑
)、双(五氟乙基磺酰基)亚胺根离子(PFSI
‑
)、双(九氟丁基磺酰基)亚胺根离子(NFSI
‑
)、四氰基硼酸根离子(TCB
‑
)、三氰基甲烷离子(TCM
‑
)。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体的摩尔量与所述含有聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸的溶液的体积之比为(0.02～0.2)mol：1L；和/或，干燥时，干燥温度为30～60℃；和/或，干燥时，干燥时间≥5min。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体的摩尔量与所述含有聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸的溶液的体积之比为(0.03～0.17)mol：1L；和/或，所述离子液体的质量占所述有机热电薄膜质量的30％～50％；和/或，所述含有聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸的溶液中，聚(3,4
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乙撑二氧噻吩)与聚苯乙烯磺酸的质量比为1：(2.5～20)；和/或，所述含有聚(3,4
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乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸的溶液还含有水；和/或，所述含有聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸的溶液中，所述聚(3,4
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乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸的总质量在所述溶液中的占比为1～4wt％；和/或，干燥时，干燥时间为10min～24h；和/或，还包括在干燥后进行退火，得到所述有机热电薄膜；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玮书，李其锴，周清，李君，李波，张文清，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：