《Bi2Te3基合金/石墨烯/PEDOT:PSS納米複合塊體材料的熱電性能研究》是依託上海套用技術大學，由杜永擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Bi2Te3基合金/石墨烯/PEDOT:PSS納米複合塊體材料的熱電性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：杜永
- 依託單位：上海套用技術大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統的Bi2Te3基合金/導電聚合物納米複合塊體熱電材料的製備方法容易產生以下兩個問題: (1) Bi2Te3基合金納米結構難於在導電聚合物基體中有效分散；(2) Bi2Te3基合金納米結構容易氧化。這兩個問題限制了Bi2Te3基合金/導電聚合物納米複合材料熱電性能的提高和熱電器件的實用化。至今仍未有很好的解決方案。本課題將首次設計和採用全新的方法製備三元Bi2Te3基合金/石墨烯/PEDOT:PSS納米複合塊體熱電材料。該材料能充分發揮Bi2Te3基合金(高Seebeck係數)、石墨烯(高電導率)和PEDOT:PSS(低熱導率)各自的優點，產生協同效應，實現熱電性能的突破。通過本課題的實施，將進一步揭示影響複合塊體材料熱電性能的因素，以及不同溫度下複合塊體材料中載流子的輸運規律及輸運機制，獲得高性能和低密度的複合塊體熱電材料，加速有機-無機納米複合熱電材料在熱電發電和製冷器件上的套用。
結題摘要
本項目首次設計和採用全新的方法製備三元Bi2Te3基合金/石墨烯/PEDOT:PSS納米複合塊體熱電材料。揭示了水熱合成法製備Bi2Te3基合金/石墨烯納米複合結構、熱壓燒結法製備Bi2Te3基合金/石墨烯納米複合塊體材料的最佳工藝條件；揭示了內部含三維多孔道互動聯通的Bi2Te3基合金/石墨烯複合塊體材料骨架的製備方法；通過六種不同的工藝探索了將PEDOT:PSS注入Bi2Te3基合金/石墨烯複合材料骨架的方法，揭示了PEDOT:PSS注入方式和含量對Bi2Te3基合金/石墨烯/PEDOT:PSS複合塊體材料的組成和微觀結構的影響規律；研究了不同溫度條件下Bi2Te3基合金/石墨烯/PEDOT:PSS複合塊體材料的熱電性能，揭示了不同溫度條件下複合塊體材料中載流子的輸運規律和機制。研究發現隨著測試溫度從300K增加到398K，通過最佳化PEDOT:PSS的注入工藝，Bi2Te3基合金/石墨烯/PEDOT:PSS複合塊體材料的電導率逐漸下降，Seebeck係數的絕對值逐漸增大，熱導率逐漸降低，複合材料的ZT顯著升高。隨著造孔時造孔劑含量從10%增加到30%，去除造孔劑並用PEDOT:PSS填充後的複合塊體材料的電導率顯著下降，Seebeck係數的絕對值呈現出上升趨勢，功率因子顯著下降。合成複合材料納米結構過程中加入適量巰基丙酸，有利於進一步提高複合塊體材料的熱電性能。通過最佳化實驗條件，所製備的Bi2Te3基合金/石墨烯/PEDOT:PSS複合塊體材料在125ºC時的ZT值最大約為0.46。揭示了Bi-Te基合金納米薄片/PEDOT:PSS複合薄膜材料的製備工藝，Bi-Te基合金納米薄片含量為10%的複合薄膜在溫度為380K時最高功率因子為58.9 μWm-1K-2。由5個單元的上述複合薄膜通過銀膠首尾連線起來製備的熱電器件，在溫差為47.2K時的最大輸出功率為16.9nW。研究了冷壓工藝製備石墨烯/Bi2Te3/PEDOT納米複合材料的熱電性能，所製備的複合材料的在360K時最大功率因子為48 μWm-1K-2。研究了不同溫度條件下石墨/PEDOT和石墨烯/聚吡咯納米線複合材料的熱電輸運性能，以及無機相含量對上述複合材料熱電性能的影響規律。本項目的開展有利於加速有機-無機納米複合熱電材料在熱電器件上的套用，對該研究領域的研究具有重要意義和參考價值。
