【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热电转换，尤其涉及一种具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线及其制备方法。
技术介绍
1、近年来，电子纺织品通过集成不同的功能纱线和电子元器件，同时具有传感、通信和能量收集等能力。然而，可持续、稳定地驱动多功能电子纺织品是一个巨大的挑战。最近，基于热电、压电和摩擦电的可穿戴能量收集系统被广泛用于可穿戴电子设备。对于热电材料，塞贝克效应使得热电材料可以将人体体表温度与周围环境的温差直接转换为电压，为可穿戴电子设备提供持续的能量，同时，也可以作为温度传感器，用于触摸感应、健康检测和高温预警。
2、目前常见的柔性热电纤维通常是将有机热电材料通过湿法纺织、浸泡等方法制备，具有工艺复杂、热电性能低等缺点。同时，传统的半导体热电材料如bi2te3等难以附着在常见的纺织材料如棉线、涤纶线上。因此，有必要开发简单的工艺将传统的半导体热电材料附着在纺织纤维上制备柔性热电纤维，以促进半导体热电材料在柔性热电纤维方面的应用。
技术实现思路
1、为克服现有技术中存在的不足，本专利技术的专利技术目的是提供一种具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线及其制备方法。该热电棉线通过“托伦斯反应”和“硒化”，将银纳米颗粒和硒化银纳米颗粒分段附着在棉线上，制备出具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线。该热电棉线具有良好的柔性，通过纺织、缝纫、编织等工艺将其织入纺织品中，得到的电子器件具有良好的柔性、透气性和可穿戴性，具有广泛的应用前景。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种具有无机
3、进一步地，所述棉线替换为尼龙、蚕丝、毛线中任一种，和/或所述聚合物为聚二甲基硅氧烷(pdms)，和/或所述低温导电粘结剂为导电铜浆、导电银墨水、导电银浆中任一种。
4、本专利技术还提供了一种具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线的制备方法，包括如下步骤：
5、步骤s0，棉线预处理：首先将棉线在多巴胺(2mg/ml)溶液中浸泡12h，再用去离子水清洗多次，最后，将经过处理的棉线自然干燥后备用。
6、步骤s1，原位生长银纳米颗粒：通过“托伦斯反应”，在步骤s0获得的棉线表面原位生长银纳米颗粒，去离子水反复清洗后干燥，得到银棉线。
7、步骤s2，n型硒化银棉线段的制备：将步骤s1得到的银棉线螺旋缠绕在直尺状亚克力板表面，直尺状亚克力板任一侧表面的银棉线以ecoflex 0030覆盖保护(如图4d)。然后，将螺旋缠绕着银棉线直尺状亚克力板整体浸泡在硒溶液(参考现有技术文献1、3、4)中进行“硒化”(参考现有技术文献2、3)，在未被ecoflex 0030覆盖的银棉线表面原位生长硒化银纳米颗粒，形成硒化银棉线段；即，所得棉线的表面形成银纳米颗粒和硒化银纳米颗粒的ag-ag2se交替结构(如图4d)。
8、步骤s3，将步骤s2得到的具有ag-ag2se交替结构的棉线从直尺状亚克力板表面剥离，并除去棉线表面粘附的固化ecoflex 0030；继而，在棉线的银棉线段和硒化银棉线段的交界处涂上低温导电粘结剂，干燥后形成导电层。
9、步骤s4，采用聚合物封装步骤s3得到的棉线，即得到所述的具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线。
10、采用编织、缝纫、纺织等工艺，将所得到的具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线织入布料中，形成柔性可穿戴热电器件。
11、进一步地，步骤s0中，除了棉线外，还可以是尼龙、蚕丝、毛线中的一种；多巴胺溶液的配制方法为：在去离子水中，依次加入盐酸多巴胺和三(羟甲基)氨基甲烷，磁力搅拌直至溶解完全；所述浸泡的时间不少于12h。
12、进一步地，步骤s1中，参与所述“托伦斯反应”的银氨溶液的制备方法为：将硝酸银、聚乙烯吡咯烷酮依次缓慢加入去离子水中，磁力搅拌直至溶解完全，随后加入浓度为5mol/l的氨水，直至溶液变澄清。
13、进一步地，步骤s1的具体过程为：将经预处理的棉线浸泡在银氨溶液中20min，随后，加入葡萄糖一水合物，充分搅拌后静置反应1～3h。
14、进一步地，步骤s1还包括，反复进行“托伦斯反应”1-4次，使得棉线表面原位生长银纳米颗粒1-4次。
15、进一步地，步骤s2中，图4所示的直尺状亚克力板的长×宽×高为7cm×1cm×0.1cm。
16、进一步地，步骤s2中，所述硒溶液是将硒粉、九水合硫化钠加入到去离子水中混合配制得到；优选地，硒溶液的配制方法：在30ml去离子水中，依次加入0.6g九水硫化钠和0.2g硒粉，磁力搅拌10min。
17、进一步地，步骤s2中，所述银棉线螺旋缠绕在直尺状亚克力板表面的具体过程为：将步骤1获得的银棉线的一端用夹子固定在直尺状亚克力板的一端，然后将银棉线螺旋缠绕在直尺状亚克力板表面，再将银棉线的另一端也用夹子固定在直尺状亚克力板的另一端(如图4所示)；完成操作后，银棉线被螺旋缠绕在直尺状亚克力板两侧的表面，采用ecoflex涂覆直尺状亚克力板任一侧表面的银棉线，然后放入烘箱中60℃固化30min；固化后，取下夹子(如图4c所示)，螺旋缠绕在直尺状亚克力板两侧表面的银棉线，其中，未被ecoflex覆盖一侧的银棉线是裸露的、用于后续的硒化，而被ecoflex覆盖(即被ecoflex封装)的另一侧的银棉线免于在后续的硒化过程中与硒溶液接触。
18、进一步地，步骤s2中，所述“硒化”的具体过程为：将表面螺旋缠绕着银棉线的直尺状亚克力板浸入硒溶液中4h，取出后用去离子水反复清洗，再干燥，棉线表面形成银纳米颗粒和硒化银纳米颗粒的ag-ag2se交替结构(如图4d所示)。
19、进一步地，步骤s3中，所述低温导电粘结剂为导电铜浆、导电银墨水、导电银浆中任一种。
20、进一步地，步骤s3中，所述将步骤s2得到的具有ag-ag2se交替结构的棉线从直尺状亚克力板表面剥离、并除去棉线表面粘附的固化ecoflex 0030的具体过程为：拉拽通过机械剥离得到的热电棉线的一端使其穿过面板的孔，继续拉拽热电棉线至另一端也穿过所述孔，热电棉线表面粘附的固化的ecoflex被刮除。
21、进一步地，步骤s4中，所述聚合物封装步骤s3得到的棉线的具体过程为：将具有ag-ag2se交替结构的棉线浸入到pdms溶液中，随后取出，将棉线垂直挂在高出，在重力作用下，在棉线表面形成均匀的pdms薄膜。
22、本专利技术还提供了所述的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线，所述热电棉线包括P型银棉线段、N型硒化银棉线段、导电层和聚合物封装层，其特征在于，通过“托伦斯反应”，棉线中棉纤维表面原位生长银纳米颗粒，形成P型银棉线；再通过“硒化”，硒化银纳米颗粒附着在P型银棉线中部分棉线段的棉纤维表面，形成N型硒化银棉线段；从而在一根棉线上，P型银棉线段和N型硒化银棉线段分别作为棉线的一段以交替出现的形式构成交替结构；并且，低温导电粘结剂作为连接材料在P型银棉线段和N型硒化银棉线段之间形成导电层；聚合物作为封装材料形成封装层。
2.根据权利要求1的热电棉线，其特征在于，所述棉线替换为尼龙、蚕丝、毛线中任一种，和/或所述聚合物为聚二甲基硅氧烷，和/或所述低温导电粘结剂为导电铜浆、导电银墨水、导电银浆中任一种。
3.一种具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线的制备方法，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S0中，用尼龙、蚕丝、毛线中任一种替换棉线；和/或，所述多巴胺溶液的配制方法为：在去离子水中，依次加入盐酸多巴胺和三(羟甲基)氨基甲烷，磁力搅拌直至溶
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，参与所述“托伦斯反应”的银氨溶液的制备方法为：将硝酸银、聚乙烯吡咯烷酮依次缓慢加入去离子水中，磁力搅拌直至溶解完全，随后加入浓度为5mol/L的氨水，直至溶液变澄清。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1的具体过程为：将经预处理的棉线浸泡在银氨溶液中20min，随后，加入葡萄糖一水合物，充分搅拌后静置反应1～3h；优选地，步骤S1还包括，反复进行“托伦斯反应”1-4次，使得棉线表面原位生长银纳米颗粒1-4次。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述硒溶液是将硒粉、九水合硫化钠加入到去离子水中混合配制得到；优选地，硒溶液的配制方法：在30ml去离子水中，依次加入0.6g九水硫化钠和0.2g硒粉，磁力搅拌10min；优选地，所述银棉线螺旋缠绕在直尺状亚克力板表面的具体过程为：将步骤1获得的银棉线的一端用夹子固定在直尺状亚克力板的一端，然后将银棉线螺旋缠绕在直尺状亚克力板表面，再将银棉线的另一端也用夹子固定在直尺状亚克力板的另一端；完成操作后，银棉线被螺旋缠绕在直尺状亚克力板两侧的表面，采用Ecoflex涂覆直尺状亚克力板任一侧表面的银棉线，然后放入烘箱中60℃固化30min；固化后，取下夹子，螺旋缠绕在直尺状亚克力板两侧表面的银棉线，其中，未被Ecoflex覆盖一侧的银棉线是裸露的、用于后续的硒化，而被Ecoflex覆盖的另一侧的银棉线免于在后续的硒化过程中与硒溶液接触；优选地，所述“硒化”的具体过程为：将表面螺旋缠绕着银棉线的直尺状亚克力板浸入硒溶液中4h，取出后用去离子水反复清洗，再干燥，棉线表面形成银纳米颗粒和硒化银纳米颗粒的Ag-Ag2Se交替结构。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述低温导电粘结剂为导电铜浆、导电银墨水、导电银浆中任一种；所述将步骤S2得到的具有Ag-Ag2Se交替结构的棉线从直尺状亚克力板表面剥离、并除去棉线表面粘附的固化Ecoflex 0030的具体过程为：拉拽通过机械剥离得到的热电棉线的一端使其穿过面板的孔，继续拉拽热电棉线至另一端也穿过所述孔，热电棉线表面粘附的固化的Ecoflex被刮除。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述聚合物封装步骤S3得到的棉线的具体过程为：将具有Ag-Ag2Se交替结构的棉线浸入到聚二甲基硅氧烷溶液中，随后取出，将棉线垂直挂在高出，在重力作用下，在棉线表面形成均匀的聚二甲基硅氧烷薄膜。
10.权利要求1-2中任一项所述的具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线或权利要求3-9中任一项所述的制备方法制得的具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线在制备柔性电子器件中的应用；优选地，所述柔性电子器件是可穿戴电子设备或电子皮肤；所述制备柔性电子器件的工艺是编织、缝纫、或纺织，将所述热电棉线织入布料中，形成所述柔性电子器件。
...【技术特征摘要】
1.一种具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线，所述热电棉线包括p型银棉线段、n型硒化银棉线段、导电层和聚合物封装层，其特征在于，通过“托伦斯反应”，棉线中棉纤维表面原位生长银纳米颗粒，形成p型银棉线；再通过“硒化”，硒化银纳米颗粒附着在p型银棉线中部分棉线段的棉纤维表面，形成n型硒化银棉线段；从而在一根棉线上，p型银棉线段和n型硒化银棉线段分别作为棉线的一段以交替出现的形式构成交替结构；并且，低温导电粘结剂作为连接材料在p型银棉线段和n型硒化银棉线段之间形成导电层；聚合物作为封装材料形成封装层。
2.根据权利要求1的热电棉线，其特征在于，所述棉线替换为尼龙、蚕丝、毛线中任一种，和/或所述聚合物为聚二甲基硅氧烷，和/或所述低温导电粘结剂为导电铜浆、导电银墨水、导电银浆中任一种。
3.一种具有无机硒化银-银交替结构的热电棉线的制备方法，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s0中，用尼龙、蚕丝、毛线中任一种替换棉线；和/或，所述多巴胺溶液的配制方法为：在去离子水中，依次加入盐酸多巴胺和三(羟甲基)氨基甲烷，磁力搅拌直至溶解完全；所述浸泡的时间不少于12h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，参与所述“托伦斯反应”的银氨溶液的制备方法为：将硝酸银、聚乙烯吡咯烷酮依次缓慢加入去离子水中，磁力搅拌直至溶解完全，随后加入浓度为5mol/l的氨水，直至溶液变澄清。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s1的具体过程为：将经预处理的棉线浸泡在银氨溶液中20min，随后，加入葡萄糖一水合物，充分搅拌后静置反应1～3h；优选地，步骤s1还包括，反复进行“托伦斯反应”1-4次，使得棉线表面原位生长银纳米颗粒1-4次。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述硒溶液是将硒粉、九水合硫化钠加入到去离子水中混合配制得到；优选地，硒溶液的配制方法：在30ml去离子水中，依次加入0.6g九水硫化钠和0.2g硒粉，磁力搅拌10m...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓龙，侯悦，王自昱，丁前峰，刘雍，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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