柔性高导电PEDOT:PSS基纤维的制备及其热电性能

来源 :江西科技师范大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:ken_008
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
可穿戴电子器件近年来展现出了明显的微型化和集成化的趋势,这对器件的能源供给系统提出了更高的要求。热电材料是一种可以利用体温与室温的温差产生电能的功能材料。近年来导电聚合物由于其无毒易加工等特点,在柔性可穿戴器件领域引起了科研工作者们的广泛关注。商业化的聚(3,4-二氧乙撑噻吩):聚(对乙烯苯磺酸钠)(PEDOT:PSS)水溶性分散液是目前最具发展前景的导电聚合物之一。其卓越的电导率和潜在的可拉伸性使其是在OLED,OFET,OPV等领域展现出了巨大的应用前景。目前制备PEDOT:PSS纤维的方法主要集中在表面改性和湿法纺丝上。此外,凝胶法是一种很容易制得纤维PEDOT:PSS纤维的方法。然而目前报道的PEDOT:PSS凝胶纤维的电导率较低,难以实现热电转化。如何制备高电导率的PEDOT:PSS凝胶纤维是实现可穿戴热电转化的关键问题。此外,随着能量过滤效应和量子限域效应的发展,有机/低维无机复合热电材料近年来引起了人们的广泛关注。其中包括碳纳米管(CNTs)和石墨烯在内的低维碳材料由于具备高导电性、大比表面积和独特的π-π共轭结构,为提升PEDOT:PSS的热电性能提供了新的可能和契机。本论文在研究凝胶法制备高导电PEDOT:PSS凝胶纤维的基础上,与高导电的低维碳材料(石墨烯和单壁碳纳米管)复合,结合有效的溶剂处理对纤维表面的化学组成进行调控,从而获得高热电性能的PEDOT:PSS基凝胶纤维,为实现柔性可穿戴能量收集与供给器件的组装提供了参考。1.通过凝胶法制备了高导电性的p型PEDOT:PSS纤维,其电导率比以往报道的水凝胶纤维高3个数量级。用有机溶剂(例如乙二醇和二甲基亚砜)进行的后处理将其电导率提高了三倍,而塞贝克系数仅降低了5%,因此导致了优化的热电功率因数。此外,我们组装了一个p-n型热电器件,该器件由五对p型PEDOT:PSS纤维和n型碳纳米管纤维所组成。这种基于纤维的热电器件在温差为60 K时显示出较高的输出电压和功率密度。2.通过凝胶法制备了PEDOT:PSS/SWCNT混合纤维,该纤维呈现出30%的导电性提高,而塞贝克系数的变化可忽略不计。此外,适量添加SWCNT,杨氏模量显着增加。此后,使用乙二醇(EG)处理制备的混合纤维,以进一步优化其热电性能。EG处理导致电导率显着提高,而塞贝克系数没有显着变化。在此基础上我们系统地研究了处理时间和温度的影响。在高温下对杂化纤维进行了EG处理,其最佳功率因子比在25 oC下经过EG处理得到的最佳功率因数高约30%。这表明高温下的溶剂处理提高了混合纤维的热电性能。3.利用凝胶法制备了一系列石墨烯和PEDOT:PSS混合纤维。PEDOT:PSS的引入将导电率提高到94.2 S cm-1,约是石墨烯纤维的两倍,而且还将断裂伸长率从4.9%提高到10.1%。导电的PEDOT链降低了电荷载流子的传输势垒,因此导致电导率明显提高。纤维内部无定型的PSS链可以赋予相邻的石墨烯更大的滑动距离,并获得更高的断裂伸长率。伴随着Seebeck系数的小幅增加(13.4至17.4μVK-1),功率因数实现了五倍的提升,约为2.9μWm-1 K-2。经过PEIE处理后,复合纤维的半导体行为从p型变为n型。此外,组装了基于优化的p型和n型复合纤维的热电器件,其在60 K温差下的输出电压和功率密度分别为4.07m V和2.27μW cm-2
其他文献
为了实现节能减排,近年来国家通过购车补贴政策,大力推广新能源汽车,电动汽车作为新能源汽车最重要的分支,得到了快速的发展,电动汽车保有量快速增加。而大规模的电动汽车充电,会对电力系统造成巨大压力,比如会增大电网负荷的峰谷差,会超出变压器的额定负荷,极端情况下出现“电力资源挤兑”现象,对电网造成破坏影响,并且会波及到居民及商业的正常用电。在尽量不改造现有电网的基础上,如何处理好大规模电动汽车充电对电网
1988年,巨磁阻效应的发现,标志着自旋电子学的建立。在过去的30年里,基于自旋电子器件的磁性传感器和高密度信息存储也取得了飞速的发展。与传统的硬盘相比,基于纳米磁畴(如磁
基于视觉的同时定位与建图(Simultaneously Localization And Mapping,SLAM)可以为无人系统提供其自身当前的位置信息与观测到的环境结构信息,却未能充分利用环境的语义信息。在VSLAM基础上增加语义信息,不仅能够增加建图的精度还能让无人系统更好的感知周围环境,从而完成更加复杂的任务。所以本文将二维图像的语义分割信息融入到VSLAM所构建的三维场景中,完成三维语义
我国是农业大国,我国经济进入新常态与农村地区的经济发展离不开关系,所以我们应该重视农村地区的金融需求。农村商业银行的小额信贷业务应运而生,小额信贷业务在一定程度上满足了农户的金融需求,使农户脱贫致富、农村经济发展。习近平总书记提出扶贫工作最重要的就是精准,扶贫小额信贷作为金融扶贫中的一项金融扶贫举措,对全面支持建档立卡贫困户摆脱贫困、提高发展力,解决中国贫困人口分布不均等问题方面具有举重若轻的作用
蓝藻水华是我国乃至全球范围内湖库水环境面临的主要环境问题之一,发展高效、安全的除/控藻技术仍是缓解当前蓝藻水华灾害的重要方法。超声波控藻技术因使用方便,成本低,无二次污染,而受到广泛关注,其中低频超声波产生的空化效应是控藻的主要机制和发展方向。本文比较研究了低频超声波(20 k Hz)在不同功率密度、处理时间、作用距离下,蓝藻细胞的沉降率、藻细胞结构的破坏和生理活性的变化,并研究了超声波对浮游动物
搅拌釜作为混合设备在食品、污水处理、冶金、石油化工等领域应用非常广泛,其主要作用就是混合单相或多相物质,达到传热、传质的目的。目前市场上大部分搅拌釜为密闭不透明,使得搅拌釜在运用过程中如同“黑匣子”,对釜体内运动状态、速度、湍动能等参数无法得知,而这些参数正是了解搅拌釜内信息,优化搅拌釜结构的重要体现。基于这种现状,越来越多的技术应用到测量搅拌釜的这些参数上,这些技术一定意义上为研究搅拌釜内的信息
老年认知障碍是一种引发患者认知功能下降的老年退行性疾病。当前我国老龄化进程加快,认知障碍发病率逐年增高,患者医养需求不断增加,但患者实际可获得的专业护理资源却较为匮乏,大量老年患者以居家养老为主,家庭照料者成为了照顾的主要力量。他们不仅要面临巨大的照顾负担,同时也会面临各种丧失的发生,这些丧失引发了照料者强烈的哀伤体验,影响了照料者的身心健康与照顾质量。基于此本研究以老年认知障碍患者的家庭照料者为
改革开放以来,中国经历了人类历史上规模最大、速度最快的城镇化进程,在这快速城镇化进程中,时空被压缩,城乡空间的变迁往往让人猝不及防,而生活其间居民的生活方式却仍未牢
区块链技术的去中心化、可追溯、不可篡改等特点使其在金融、供应链管理、医疗等众多领域发挥着重要的作用,但区块链交易记录的公开透明性也为用户的交易隐私带来了威胁;虽然一些区块链应用借助密码学技术为用户的交易隐私提供了保障,但是对用户隐私的过度保护又会带来监管困难的问题。因此,在保护用户交易隐私的同时,实现对交易的监管同样重要。目前,一些公有链应用采用了较强的隐私保护机制,但由于公有链自由出入的特点,难
民法总则对商业数据的法律定位几易其稿,最终采取开放式的法律条文为其未来发展预留空间。司法实践中商业数据纠纷频生,数据产业迫切寻求可积极利用的财产权制度。虽然法院普遍援引《反不正当竞争法》为商业数据提供消极的保护机制,但法院对商业数据的认定态度并非一成不变,其倾向于将商业数据的法律属性逐渐从财产利益转变为一种明确的财产权利。要解决商业数据财产权利设定与归属等宏观层面的制度构建问题,离不开对商业数据法