【摘 要】
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热电材料是一种利用温差产生电位或电位产生温差,可以实现热能和电能直接转化的功能材料,在军事、航空航天、废热利用等方面具有广泛的应用前景。热电材料分为无机热电材料和有机聚合物热电材料两类。其中,有机聚合物热电材料具有低毒性,低热导率,合成和结构可变性以及来源丰富易于加工等独特特性,逐渐受到众多学者的关注。然而,目前通过不同合成方法制备的有机聚合物热电材料普遍使用非极性毒性有机溶剂进行加工,如氯苯,氯
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热电材料是一种利用温差产生电位或电位产生温差,可以实现热能和电能直接转化的功能材料,在军事、航空航天、废热利用等方面具有广泛的应用前景。热电材料分为无机热电材料和有机聚合物热电材料两类。其中,有机聚合物热电材料具有低毒性,低热导率,合成和结构可变性以及来源丰富易于加工等独特特性,逐渐受到众多学者的关注。然而,目前通过不同合成方法制备的有机聚合物热电材料普遍使用非极性毒性有机溶剂进行加工,如氯苯,氯仿,苯等,这造成了严重的环境问题。另外,目前有机聚合物热材料较低的电导率,也造成材料的热电性能较低,限制了材料的大范围应用。基于上述问题,在学习借鉴文献报导的有机热电材料的成功经验基础上,本论文设计并合成了一类基于环戊联噻吩基的水溶性D-A型共轭聚合物热电材料:PCPDT-Ph和PCPDT-Ph-F,并对其分子结构和热电性能进行了深入的研究。在此基础上,我们分别将PCPDT-Ph和PCPDT-Ph-F与单壁碳纳米管（SWCNT）进行高效复合,获得了环戊联噻吩基有机/无机复合热电材料,系统性地研究了不同含量的有机材料和无机材料对于复合热电材料的性能影响规律。具体的研究内容为:1、设计合成水溶性基于环戊联噻吩基D-A型共轭聚合物,PCPDT-Ph和PCPDT-Ph-F,研究二者水溶液加工性能。系统研究二者的本质物化性能和热电性能。2、将PCPDT-Ph和PCPDT-Ph-F分别与单壁碳纳米管进行复合,制备环戊联噻吩基有机/无机复合热电材料。经过研究发现共轭聚合物与SWCNT之间存在较强的π-π界面相互作用。在室温下,质量比为1:9的PCPDT-Ph/SWCNT,PCPDT-Ph-F/SWCNT的功率因数分别最高可达到134.77,148.07μW/m K~2。而在不同温度下,质量比为3:7的PCPDT-Ph-F/SWCNT复合热电材料在508 K时的塞贝克系数可高达62.71μV/K。质量比为1:9的PCPDT-Ph-F/SWCNT复合热电材料在478 K时的功率因数可高达219.64μW/m K~2。通过上述研究,我们合成了两种环戊联噻吩基的D-A型共轭聚合物热电材料:PCPDT-Ph和PCPDT-Ph-F,并将其与SWCNT进行高效复合。研究结果表明,环戊联噻吩基的D-A型共轭聚合物热电材料具有优异的水溶液加工性能和热电性能,这将对高性能有机热电材料的发展提供参考。
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