浅谈提高有机热电材料性能的策略

相较传统的无机热电材料,因为有机热电材料的韧性高、化学毒性低、大规模溶胶制备等独特优势,吸引了人们的研究兴趣。近年来,有机热电材料在分子设计、合成和器件加工等方面取得了突破。本文将系统地介绍优化有机热电材料性能的策略。首先,介绍了影响有机热电材料性能的各种参数。然后,总结了掺杂二次掺杂后处理和无机填料等常用优化策略的机理,并比较了它们的优缺点。最后,对有机热电材料的研究前景提出了一些建议。

有机热电材料研究进展

热电材料是能将热能与电能相互转化的一种新型材料,在废热回收、节约能源以及环境保护方面具有重大的作用。相较于无机热电材料,有机热电材料以重量轻、无污染、原料易获取等优势而受到极大关注。提升有机热电材料性能的方法有良好的掺杂、合理的分子设计以及与无机材料共混等。综述了近几年有机热电材料的研究进展、现有亟待解决的问题以及有机热电材料未来的发展方向。有机热电材料的性能需要寻找适合的掺杂剂掺杂,合理设计分子链骨架,以及寻找适合的无机填料等方法来提升。未来有机热电材料还将有很长的道路需要探索,也将面临更多的机遇与挑战。

n型有机热电材料掺杂改性的研究进展

近年来,热电材料引起了越来越多的关注,尤其有机热电材料发展非常迅速。有机半导体具有质轻、成本低廉、柔性好、结构易裁剪和本征热导低等特点,在低温微温差发电与制冷等方面具有独特优势,在热电材料领域具有极大的发展前景。其中,p型有机热电材料的研究已取得了很大进展,其最高电导率超过1000 S/cm,热电性能接近无机材料的水平;相比之下,n型有机热电材料的发展则较缓慢,尤其电导率还有待进一步提高。提高n型有机热电材料性能的途径主要是通过分子骨架设计和侧链修饰来调控电导率、热导率和Seebeck系数,再引入掺杂剂掺杂改性,更进一步地提高材料热电性能。有机固相主要为非晶态,且分子间相互作用比较复杂,阻碍了掺杂机理的研究,导致掺杂改性研究发展缓慢。但最近涌现了不少文献成果,掺杂机理逐渐明晰,相关理论体系也越来越完整。本文综述了近年来掺杂改性n型有机热电材料的研究进展,探讨当前存在的问题,并展望该领域的发展方向。

P型有机热电聚合物材料的研究进展

热电材料通过热电效应可以实现热能与电能之间的相互转化,在医疗、太空、军事和日常生活中发挥着越来越重要的作用。有机热电材料原料来源丰富,结构可进行针对性的设计剪裁,同时具备轻、薄、柔和大面积溶液制备的特点,在最近进入了快速发展的阶段,其热电性能取得了显著的提升。总结了从20世纪80年代开始到目前为止p型聚合物热电材料的演变和性能进展,分成了4个部分展开讨论,集中在聚合物的针对性结构设计,和聚合物与掺杂剂掺杂工程的优化。最后进行了总结并对未来的发展方向进行了展望。

导电高分子及其纳米复合材料的热电性质

与无机热电材料相比,有机热电材料具有资源丰富、成本低、质量轻、柔韧性好及热导率低等优点,成为热电研究领域关注的热点.理论和实验结果表明,低维化和小尺度化是热电材料研究和开发的发展方向.本文对低维有机热电材料的合成、器件组装及热电性质的影响因素等进行简要评述,并对低维有机热电材料的研究方向进行了讨论.

基于苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩共轭聚合物的合成及热电性能研究

热电材料可以将热能直接转化为电能,在回收利用废热发电领域有巨大潜力。相比于无机热电材料,有机热电材料具有机械柔性,适用于智能穿戴设备。利用具有优良平面性的噻吩基异靛青(TIIG)和含有烷氧噻吩侧链的苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT-TO)分别为电子受体和电子给体,设计合成了一种新型给受体(D-A)共轭聚合物。该聚合物有优良的溶解性和热稳定性以及较窄的带隙。聚合物薄膜经过FeCl_(3)/CH_(3)NO_(2)氧化掺杂后,电导率最高可达1.80 S cm^(-1),最优热电性能0.23μW m^(-1) K^(-2)。

柔性热电器件的制备与性能研究

介绍了有机/无机复合热电材料的柔性器件,按照柔性器件的组装制备方式,以串联型、堆砌型和折叠型3种类型,详细地总结了其制备过程与器件热电性能,探讨该领域的研究进展,并对其发展前景进行展望.

PEDOT∶PSS及其纳米复合材料热电性质的研究进展

近年来,随着能源危机的加剧,可以将热能与电能进行直接转换的热电材料得到了广泛的关注。在众多热电材料体系中,有机无机纳米复合热电材料具有独特优势。相比于无机材料,有机材料成本低、质量轻、机械柔韧性好、热导率较低。添加不同类型的添加材料构成纳米复合材料后,额外引入的声子-界面散射能进一步降低热导率,同时有机无机材料能带不匹配引起的载流子筛选效应进一步提升塞贝克(Seebeck)系数。因此,目前大量工作证明有机无机纳米复合热电材料有潜力获得高的热电优值(Figure of merit,ZT),在微型热电制冷器件、柔性可穿戴发电设备、温度传感器等领域均具有光明的应用前景。本文聚焦聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)热电材料及以其为基底构成的纳米复合材料热电性能的研究工作,综述了提升PEDOT∶PSS热电性能的物理方法、化学试剂改性法等。进一步重点讨论了加入不同类型的无机填料的PEDOT∶PSS基纳米复合材料热电性质的研究进展,并揭示了其热电性能提升的内在机制。

热电材料的研究现状及最新应用

热电材料是一种能实现热能和电能转换的功能材料,在能源枯竭、环境问题凸显的今天,其作为一种绿色可再生的新型能源转换材料,其重要性日渐显现。简单介绍了热电材料的热电转换原理,目前研究中改进热电材料性能的主要方式,热电材料目前主要研究的种类及最新应用领域等,以期为后续热电材料的研究提供借鉴。

导电PEDOT热电材料发展简史

热电材料能够直接实现热能与电能的相互转换,是重要的新型环保能源转换材料之一.无机半导体材料是当前性能最好的热电材料,然而由于资源、性能及价格的局限而难以实现大规模工业化应用.因此,发展新型高性能热电材料已成为当前重要研究领域.导电高分子(CPs)作为一种潜在的热电材料,其研究已有三十余年,然而在2000年之前,因其性能不佳而未引起高度关注.2008年,聚3,4-二氧乙撑噻吩(PEDOT)热电优值(ZT)首次被报道超过10^(-3),为发展高性能有机热电材料带来新的曙光.此后,大量新技术和方法应用于PEDOT热电性能的改善和提高.近十年来,PEDOT的ZT值迅速从10^(-4)提高到10^(-1),使PEDOT成为最有希望的有机热电材料之一.尽管PEDOT热电材料离实际工业化应用仍有较大差距(ZT>1),但依然是未来有机热电材料中可能获得重大突破的p型有机热电材料.本文简要归纳了导电PEDOT作为热电材料的优势、发展历程、性能改善的方法及其未来发展趋势.

Solution-processable n-type organic thermoelectric materials

Solution-processable organic thermoelectric(OTE)materials have attracted much attention for their intrinsic advantages,such as low thermal conductivity,low cost,light weight,flexibility and compatibility in roll-to-roll printing technologies,in comparison to inorganic thermoelectric materials[1].The performance of a thermoelectric material is characterized by the figure of merit ZT。