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導電聚合物為熱電材料拓展空間

   2011-05-16 IP屬地 山東
  幾十年來,熱電(直接利用熱量發(fā)電)裝置主要局限于采用基于價格昂貴的金屬合金,如碲化鉍(Bi2Te3)的復雜生產(chǎn)工藝,且可能產(chǎn)生毒性和其他環(huán)境影響。
           

  但是,近來有研究表明,有機半導體有望成為富有成本效益的替代解決方案,可直接利用液態(tài)溶液制成。這為熱電領域開啟了全新的可能性,包括大面積收集熱能。
           

  瑞典研究人員在《自然材料》雜志上發(fā)表文章說,他們通過控制一種有機導電聚合物的氧化水平–即電子構型,成功提升了該聚合物的熱電效率,利用這種材料有助于開發(fā)出成本低廉、靈活度高且輕巧的有機熱電裝置,把廢熱和天然熱轉(zhuǎn)化為電力。
           

  在聚合物熱電方面,迄今遇到的一大阻礙是如何開發(fā)出一種在性能上可媲美傳統(tǒng)無機材料的熱電聚合物。而現(xiàn)在,林雪平大學的Xavier Crispin和他的同僚們已在優(yōu)化有機導電聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩)與甲苯磺酸鹽(PEDOT-Tos)復合材料的效率上取得了一定的成功,并利用此類材料制成了熱點發(fā)電機(TEG)的雛形。
           

  盡管該材料在室溫下的熱電效率仍比商用型Bi2Te3低四倍,但該研究團隊稱,這一效率已經(jīng)接近節(jié)能裝置的效能要求了。
           

  Crispin說:“這是一種塑料或有機材料,特別是導電聚合物,第一次真正可以被視為[切實可行的]熱電材料。當然了,這種聚合物有待進一步的完善,其熱電性能還不夠強。”
           

  他補充道,但此項研究帶來了新的希望,表明導電聚合物材料經(jīng)過改進后是不輸于無機材料的。
           

  為優(yōu)化這種聚合物材料的熱電性能,研究團隊將聚合物暴露在四(二甲氨基)乙烯(TDAE)分子的氣霧下,對其氧化水平加以控制。進而通過中和其帶正電的長鏈分子,改變了聚合物的電子結構。
           

  Crispin指出,在直接利用液態(tài)溶液加工熱電材料成為可能后,有助于開發(fā)出低成本的生產(chǎn)方法,比如印制以生產(chǎn)大型熱電發(fā)電機。
           

  “該聚合物憑借其高靈活性還可應用于其他新應用,比如把TEG集成到紡織品中。既然該材料能夠用來制成熱交換器,也意味著它能帶來功能性最大化。”

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