柔性热电材料的研究进展及应用

热电材料是能够实现热能和电能直接相互转化的一类新型能源材料,在温差发电和半导体制冷两方面有重要应用。与传统热电材料相比,柔性热电材料具有形状可弯曲、重量轻和环境友好等优点,在可穿戴设备及其他柔性电子领域具有较好的应用前景。当前,如何进一步提高柔性热电材料的性能,特别是如何协同优化其柔韧性能与热电性能是研究的关键。本文结合近年的研究热点,综述了聚合物基柔性热电材料、碳基柔性热电材料和无机半导体类柔性热电材料的研究进展,详细介绍了这三类柔性热电材料的特点、性能优化以及制备方法,总结了柔性热电材料在电子、医疗和工业等领域的应用,并结合现存的一些问题和不足对柔性热电材料今后的研究方向进行了展望。

柔性复合热电材料及器件的研究进展

热电材料能够将热能与电能直接相互转化,在废热回收及绿色制冷领域中具有巨大的应用潜力。相比无机块体热电材料,柔性热电材料具有可弯折、体积小、质量轻等优点,还适用于制备可穿戴电子设备。近10年来,基于导电高分子、碳材料和无机纳米材料等的柔性复合热电材料及器件逐渐成为炙手可热的研究领域,受到了业内广泛的关注。本文综述了近年来基于不同材料体系的柔性热电材料及器件的研究进展、存在的亟待解决的问题和未来的发展方向。大量研究结果表明,材料的热电性能可以通过化学合成和分子设计战略、形貌控制及掺杂技术等进行有效的调控。研发满足实际应用需要的先进柔性热电材料仍然极具挑战性。

电化学沉积法制备PEDOT/PEDOT:PSS基柔性纳米纤维膜及其热电性能

通过静电纺丝技术制备柔性热电薄膜是一种非常可行的方法,制得的纳米纤维会随机交叉排列形成多孔结构。该结构不仅可以增强薄膜的变形能力、柔性和延展性,还可以增加纳米纤维膜中低热导率的非流动空气的含量,有利于降低纳米纤维膜的导热系数,然而目前对于静电纺丝在柔性热电领域应用的相关研究非常少。本工作通过静电纺丝技术制备了具有良好自支撑性和柔性的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶聚对苯乙烯磺酸钠(PEDOT∶PSS)基纳米纤维膜,并结合电化学聚合法在该纳米纤维表面沉积了PEDOT导电层,得到了PEDOT/PEDOT∶PSS基热电纳米纤维膜。研究发现,聚合电位和单体浓度对热电纳米纤维膜的导电率有很大影响,最终在聚合电位为1.5 V、单体浓度为0.03 mol/L时,电导率和塞贝克系数分别为9.582 S·cm^-1和26.7μV·K^-1,最优PF值可达0.68μW·m^-1·K^-2。

聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐基柔性复合热电材料研究进展

热电材料可以实现热能与电能的直接转化,是一种安全环保的新型能源材料。近年来,随着可穿戴电子设备的发展,柔性热电材料成为研究人员关注的焦点。传统无机热电材料具有优异的热电性能,但由于自身固有的脆性,限制了在柔性领域的发展。聚3, 4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)具有高电导率、低热导率和良好的柔性,在柔性热电领域具有巨大的潜力。当选择合适的无机填料与PEDOT:PSS进行复合,可以得到优异的热电性能和良好的力学性能。本文综述了PEDOT:PSS基纳米复合薄膜的最新进展,并详细介绍了提高PEDOT:PSS基纳米复合薄膜热电性能的有效方法。最后,本文总结了实现高性能PEDOT:PSS基柔性热电材料的途径及面对的挑战。

微纳热电纤维的研究进展

微纳热电纤维兼具块体热电材料的优异性能和柔性纤维的结构特点,其在能量转换、热电制冷、温度传感、热管理、热成像等领域具有广阔的应用前景,已成为柔性热电转换领域的研究热点之一。微纳热电纤维的概念和特点;总结微纳热电纤维的化学沉积和物理热拉等制备方法,对比和阐述不同种类的微纳热电纤维的重要性能和应用,对微纳热电纤维的未来发展方向进行分析和展望。