酸堿二次處理對聚(3，4-乙撐二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸熱電性能的影響.pdf

1、近年來，由于環(huán)境及能源問題的突出，迫使越來越多的科學(xué)家致力于新能源材料的開發(fā)及應(yīng)用。熱電材料作為一種環(huán)境友好型綠色能源轉(zhuǎn)換材料，可應(yīng)用于發(fā)電和制冷領(lǐng)域，利用熱電技術(shù)能直接實現(xiàn)熱能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換，因而在不污染環(huán)境的條件下，實現(xiàn)廢熱的充分利用和能源的節(jié)約。導(dǎo)電高分子具有資源豐富、可加工性強、較低的熱導(dǎo)率和良好的環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點，因此近年來，其作為一類新型的熱電材料倍受關(guān)注。聚（3，4-乙撐二氧噻吩）∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)

2、具有較高的電導(dǎo)率、較低的熱導(dǎo)率、良好的環(huán)境穩(wěn)定性及其獨特的“金屬及非金屬”性能，被認為是非常具有潛在價值的有機熱電材料之一。因此PEDOT∶PSS熱電性能的研究工作，具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。本文采用酸堿二次處理方法制備了PEDOT∶PSS薄膜及其復(fù)合材料，并對所得到的薄膜的熱電性能進行了系統(tǒng)地測試和分析。
　　1.選用不同濃度的草酸(OA)溶液在140C的加熱板上對PEDOT∶PSS薄膜進行處理，得到PEDOT∶PSS/OA

3、薄膜。熱電性能測試表明，草酸溶液處理后的PEDOT∶PSS薄膜具有較高的電導(dǎo)率和穩(wěn)定的Seebeck系數(shù)。草酸濃度達到0.8 M時，電導(dǎo)率最高達為392.8 S cm-1，對應(yīng)的功率因子為9.7μW m-1 K-2;
　　2.選擇不同添加量的尿素對PEDOT∶PSS摻雜，得到不同尿素含量的PEDOT∶PSS/urea薄膜，得到的薄膜中，電導(dǎo)率最大值為63.1 S cm-1，同時Seebeck系數(shù)也存在一定幅度的提升，由14.47μ

4、V K-1提高到20.7μV K-1。SEM的結(jié)果表明，隨著尿素含量的增加，PEDOT∶PSS表面形貌變得光滑的同時PEDOT發(fā)生團聚，致使電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)的同時提高。
　　3.選用不同質(zhì)量分數(shù)的尿素和二甲基亞砜(DMSO)同時對PEDOT∶PSS進行摻雜，對得到的PEDOT∶PSS/(urea+DMSO)薄膜進行熱電性能測試結(jié)果表明:在電導(dǎo)率大幅度增加的同時Seebeck系數(shù)也略有提高，室溫電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)的

5、最大值分別為419 S cm-1和18.82μV K-1，功率因子最大為8.81μW m-1 K-2，相應(yīng)ZT值為2.48×10-2。
　　4.通過向PEDOT∶PSS水溶液中添加不同的酸、堿，調(diào)PEDOT∶PSS水溶液的pH值，考察pH值對電導(dǎo)率機制和熱電性能的影響。選用鹽酸、草酸、乙二胺、氫氧化鈉水溶液、氨水來調(diào)節(jié)PEDOT∶PSS水溶液的pH值，并獲得對應(yīng)pH值下的薄膜。對PEDOT∶PSS薄膜的電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)進

6、行了表征，結(jié)果表明酸性物質(zhì)調(diào)節(jié)PEDOT∶PSS水分散體系的pH時，對PEDOT∶PSS的熱電性能有著增強作用，堿性物質(zhì)的調(diào)節(jié)可使PEDOT∶PSS的Seebeck提高四倍，而電導(dǎo)率則以1～3個數(shù)量級的程度降低。
　　5.選取不同濃度的左旋樟腦磺酸摻雜(L-CSA)、混旋樟腦磺酸(DL-CSA)摻雜PEDOT∶PSS，制備了一些列PEDOT∶PSS/L-CSA、PEDOT∶PSS/DL-LSA分散體系。采用兩種干燥處理方式對澆鑄的

7、PEDOT∶PSS混合體系干燥，得到一些列PEDOT∶PSS薄膜。分別考察不同的熱處理方式以及物質(zhì)自身性質(zhì)對PEDOT∶PSS熱電性能的影響。薄膜熱電性能的表征結(jié)果表明:不同的熱處理方式時，同一種物質(zhì)對PEDOT∶PSS電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)的影響差別甚小;兩種樟腦磺酸在兩種不同熱處理方式的條件下，左旋樟腦磺酸增加PEDOT∶PSS的熱電性能與混旋樟腦磺酸比較，效果更明顯。
　　6.選用兩種樟腦磺酸溶液對PEDOT∶PSS薄膜

8、進行處理，得到PEDOT∶PSS/樟腦磺酸薄膜。得到的薄膜進行熱電性能表征結(jié)果表明:室溫下，兩種酸溶液的處理均使PEDOT∶PSS的電導(dǎo)率提高了三個數(shù)量級，其中L-CSA處理后電導(dǎo)率最大值為417.1 S cm-1，DL-CSA處理后電導(dǎo)率高達644.7 S cm-1。在此基礎(chǔ)上計算得到的功率因子最高為21.1μWm-1 K-2。
　　PEDOT∶PSS薄膜熱電性能的研究以及PEDOT∶PSS良好的穩(wěn)定性表明:在未來有機熱電領(lǐng)域中