一种聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料、制备方法及其应用，属于有机热电材料技术领域。本发明专利技术提供的聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将吸湿性纤维超声清洗，烘干；(2)将所述吸湿性纤维先后浸泡在Nafion溶液和EDOT溶液中，使Nafion和EDOT先后吸附到所述吸湿性纤维上；(3)将步骤(2)所得纤维浸泡在氯化铁水溶液中，在加热条件下，将所得纤维在所述氯化铁水溶液中旋转反应5min

【技术实现步骤摘要】
一种聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于有机热电材料
，具体涉及一种聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]热电材料能够实现热能和电能之间的直接转换，在回收人体余热和工厂废热方面具有无可比拟的优越性。有机柔性热电材料因其同时具备柔性和较好热电性能，在可穿戴电子设备自供电系统以及人体余热利用等方面具有独特的优势，因此有机柔性热电材料制备与器件设计引起了研究者们的广泛关注。其中，聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)是3，4
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乙撑二氧噻吩(EDOT)的聚合体，具有较高的电导率，掺杂情况下可以代替金属材料使用，且制造成本低，具有良好的稳定性，是众多聚合物中最有潜力的有机热电材料之一。基于纤维的柔性PEDOT热电材料和器件具有三维可变形、重量轻、柔性好等特点，非常适合在可穿戴或移动电子系统使用。
[0003]热电材料的性能是由无量刚的热电优值ZT＝(σ
·
S2·
T)/κ来衡量的，其中σ是材料的电导率，S为材料的塞贝克系数，κ为热导率，T为绝对温度。热电性能的提高一般是通过提高功率因子(σ
·
S2)和降低热导率来实现的。研究表明，PEDOT的功率因子可以通过调节其结构来优化和形貌来实现。PEDOT的塞贝克系数和导电性能与其形貌有如下关系：PEDOT块体<PEDOT颗粒<PEDOT微球<PEDOT棒<PEDOT纤维(Journal of Materials Chemistry A 2015,3(42),20896
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20902)。因此，纤维状的PEDOT可以实现较高的功率因子，从而具有较高的热电优值。
[0004]PEDOT在模板或者其它载体上制备的过程中会出现附着不牢，同时在使用过程中也会有部分脱落的情况。此外，PEDOT在载体上的制备目前仍处于小量化阶段，大批量制备会造成PEDOT分布不均匀以及性能差异较大的问题。因此，制备一种可大批量生产、稳定性高的PEDOT材料具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料、制备方法及其应用。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案进行实现的：
[0007]本专利技术提供一种聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将吸湿性纤维超声清洗，烘干；
[0009](2)将所述吸湿性纤维先后浸泡在Nafion溶液和EDOT溶液中，使Nafion和EDOT先后吸附到所述吸湿性纤维上；
[0010](3)将步骤(2)所得纤维浸泡在氯化铁水溶液中，在加热条件下，将所得纤维在所述氯化铁水溶液中旋转反应5min
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120min，即得所述聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料。
[0011]Nafion是一种全氟磺酸基聚合物，分子链结构由疏水性的氟碳骨架和亲水性的离
子化磺酸基组成，有很好的离子导电性，在电化学中常用做粘合剂。本专利技术制备方法采用Nafion作为粘合剂来实现PEDOT牢固地粘附在吸湿性纤维上。同时Nafion还可作为PEDOT的掺杂剂，对PEDOT进行掺杂。Nafion和PEDOT的相互作用示意图如图1所示。本专利技术制备方法通过将吸附有Nafion和EDOT的纤维在氯化铁水溶液旋转制备，从而达到PEDOT均匀分布在纤维上的目的。并且纤维在溶液中旋转，在旋转剪切力的作用下，合成得到的PEDOT的结构呈现类纤维状，具有更高的导电性。本专利技术以吸湿性纤维作为PEDOT合成的载体，将绿色可再生的纤维素材料应用到热电材料领域，制得的聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料具有优异的热电性能。
[0012]优选地，所述步骤(3)中，所述反应的时间为30min
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60min；更优选地，所述反应的时间为40min
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50min。
[0013]作为本专利技术所述聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料的制备方法的优选实施方式，所述吸湿性纤维的直径为0.01mm
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5mm，长度为5cm
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10m。
[0014]本专利技术采用具有一定吸湿性的天然或人造纤维作为PEDOT的合成载体，对吸湿性纤维的纤维类型没有特殊限制，优选地，所述吸湿性纤维可为蚕丝、羊毛、棉线、聚酯纤维等天然或人造纤维中的至少一种。
[0015]优选地，所述步骤(1)中，所述吸湿性纤维的直径为100μm
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1000μm，长度为15cm
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100cm。更优选地，所述吸湿性纤维的直径为200μm
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600μm，长度为15cm
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50cm。优选地，所述吸湿性纤维为棉线。
[0016]作为本专利技术所述聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，所述Nafion溶液的浓度为4wt％
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6wt％；所述EDOT溶液的纯度不小于99％。
[0017]优选地，所述步骤(2)中，所述Nafion溶液的浓度为5wt％；所述EDOT溶液的纯度为99％。
[0018]作为本专利技术所述聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，所述吸湿性纤维在Nafion溶液中浸泡的时间不超过1800s，所述吸湿性纤维在EDOT溶液中浸泡的时间不超过300s。
[0019]具体的，所述步骤(2)的操作可为：将所述吸湿性纤维先后浸泡在Nafion溶液和EDOT溶液中，取出，用镊子刮夹使Nafion和EDOT先后吸附到所述吸湿性纤维上；所述刮夹的次数不超过30次。
[0020]多次刮夹一方面能够使Nafion更好的进入到纤维的内部，并且均匀分布；另一方面可以去除掉纤维表面多余的Nafion，让下一步中浸泡的EDOT也能够较多的进入到纤维中。
[0021]优选地，所述步骤(2)中，所述吸湿性纤维在Nafion溶液中浸泡的时间为5s
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20s，所述吸湿性纤维在EDOT溶液中浸泡的时间为10s
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120s，所述刮夹的次数为1
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10次。更优选地，所述吸湿性纤维在Nafion溶液中浸泡的时间为5s
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10s，所述吸湿性纤维在EDOT溶液中浸泡的时间为20s
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60s，所述刮夹的次数为2
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5次。
[0022]作为本专利技术所述聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料的制备方法的优选实施方式，所述步骤(3)中，所述氯化铁水溶液的浓度为0.1mol/L
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3mol/L。
[0023]优选地，所述步骤(3)中，所述氯化铁水溶液的浓度为0.5mol/L
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1.5mol/L；更优选地，所述氯化铁水溶液的浓度为1mol/L
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1.5mol/L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将吸湿性纤维超声清洗，烘干；(2)将所述吸湿性纤维先后浸泡在Nafion溶液和EDOT溶液中，使Nafion和EDOT先后吸附到所述吸湿性纤维上；(3)将步骤(2)所得纤维浸泡在氯化铁水溶液中，在加热条件下，将所得纤维在所述氯化铁水溶液中旋转反应5min
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120min，即得所述聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料。2.根据权利要求1所述的聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述吸湿性纤维的直径为0.01mm
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5mm，长度为5cm
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10m。3.根据权利要求1所述的聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述Nafion溶液的浓度为4wt％
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6wt％；所述EDOT溶液的纯度不小于99％。4.根据权利要求1所述的聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述吸湿性纤维在Nafion溶液中浸泡的时间不超过1800s，所述吸湿性纤维在EDOT溶液中浸泡的时间不超过300s。5.根据权利要求1所述的聚乙撑二氧噻吩基纤维热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述氯化铁水溶液的浓度为0.1m...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，刘真，马倩云，吴高鹏，赵千凝，周泽坤，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：