聚噻吩及其衍生物、聚噻吩基复合材料的导电性能研究进展

综述了聚噻吩及其衍生物的化学结构、制备、聚合机理、导电机理、导电性能和聚噻吩基复合材料的导电性能的研究进展.已有研究表明,纯的聚噻吩及其衍生物的电导率比较低,一般可通过掺杂来提高其电导率.同时由于聚噻吩及其衍生物具有高的Seebeck系数以及低的热导率,因此若将其与无机热电纳米材料复合,将有望制备出热电性能优良的有机/无机的纳米复合材料.     

导电聚噻吩作为超级电容器电极材料的研究进展

作为超级电容器的电极材料,导电聚合物具有成本低、容量高、快速充放电和安全性高等优点。聚噻吩是其中一类重要的聚合物。综述了近年来噻吩聚合物及其与无机材料复合的电极材料应用于超级电容器中的研究进展,并指出具有p型和n型掺杂的噻吩聚合物及其复合材料是聚合物超级电容器电极材料的发展方向。     

聚噻吩及其衍生物PEDOT在吸波领域的应用现状

电子科技的飞速发展使得电磁波无处不在,电磁波给人类带来了巨大便利,但电磁污染问题也日益突出,近年来科研工作者致力于研究吸波材料,导电聚合物基吸波材料以合成简单、质量轻、成本低等特点引起了人们的广泛关注。目前在吸波领域应用较为广泛的导电聚合物包括聚苯胺、聚吡咯等,但是以此为基础制备的吸波材料并没有达到非常理想的吸波效果,有效吸收带宽(反射损耗不高于-10 d B)也比较窄,因此人们开始探索对导电聚合物进行掺杂,或与其他材料进行复合,来改善其吸波性能,以获得较为理想的吸波效果。聚噻吩及其衍生物聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)相比其他导电聚合物具有更好的导电性和优异的环境稳定性,易于掺杂,且具有良好的相容性以及与其他材料的附着力,一般应用于传感器以及电致发光等领域。虽然对吸波领域的研究近几年刚刚起步,但并不能否认以聚噻吩及其衍生物PEDOT为基础的复合吸波材料具有较好的吸波能力。单独的聚噻吩及其衍生物PEDOT吸波材料的吸波性能并不突出,因此近年来对聚噻吩及其衍生物PEDOT吸波材料的研究主要是其与其他材料复合制备吸波材料,如聚噻吩与无机粒子,PEDOT与磁性粒子、有机物以及石墨烯等复合制备的吸波材料,均获得了较好的吸波效果。本文简单阐述了吸波材料的吸波机理,重点介绍了聚噻吩及其衍生物PEDOT的性能特点,以及近年来其在吸波方面的应用进展,并分析了其现存的优点和缺点,预测了其未来的发展趋势。     

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。      

聚噻吩及其衍生物基复合材料研究进展

聚噻吩因其良好的溶解性、高电导率和环境稳定性成为导电高分子研究的热门领域之一。综述了聚噻吩及其衍生物基复合材料的研究进展及其制备方法(原位聚合法、电化学法、插层法、界面聚合法、乳液法和共混法等),介绍了聚噻吩类复合材料在电容器、电致变色和电磁方面的应用前景及现状,指出了聚噻吩及其衍生物基复合材料研究中普遍存在的易脱掺杂、电导率不高和性能不稳定等问题。     

聚对苯撑/LiNi_（0.5）Fe_2O_4纳米复合热电材料的制备及其性能研究

本文以流变相反应法原位合成了聚对苯撑/LiNi_（0.5）Fe_2O_4纳米复合热电材料,并对其热电性能进行表征,研究了放电等离子烧结时保温时间对其热电性能的影响.结果发现,复合材料铁氧体颗粒粒径为100—300 nm,其外部被一层聚对苯撑膜包覆.电子在Fe~（2＋）和Fe~（3＋）之间的跳跃机理在铁氧体电导中占主导作用,因此聚对苯撑/LiNi_（0.5）Fe_2O_4复合材料具有n型导电特性.随着保温时间增加,复合材料电导率基本不变,但热导率逐渐增大且Seebeck系数逐渐减小,导致热电优值系数降低.由于结合了有机物高电导率和低热导率以及无机材料高赛贝克系数的优点,所制备的复合材料热电性能较单一材料有较大提高.     

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。     

提高聚(3,4-乙撑二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸电导率的最新研究进展

随着能源危机和环境污染问题的日益严峻,近年来热电材料的研究越来越受到人们的关注。聚(3,4-乙撑二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)被认为是热电性能最好的有机热电材料之一。PEDOT∶PSS具备好的成膜性、高的透明性、优异的电导可控性以及热稳定性。系统地综述了提高PEDOT∶PSS电导率的一些物理、化学方法,探讨了其电导率增强的机理以及介绍了其目前最新的应用情况。预期未来具有高电导率和高透明性的PEDOT∶PSS薄膜材料的研究将得到突破性发展。     

上海硅酸盐所在有机-无机复合热电材料领域取得重要进展

正近日,中国科学院上海硅酸盐研究所陈立东研究员、姚琴副研究员的研究团队在聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)基有机/无机复合热电材料领域取得重要进展。该团队采用新型氧化剂,通过自抑制聚合法,获得了高膜厚无气孔PEDOT∶DBSA-Te量子点复合热电薄膜。研究团队首先通过设计调控导电高分子对阴离子的分子结构来调控对阴离子的位阻,实现了薄膜自抑制法聚合     

聚合物复合固体电解质材料研究进展

固体电解质是发展高安全、高能量密度全固态锂电池的重要材料基础。由聚合物相与无机相复合形成的聚合物复合固体电解质,兼具聚合物轻质、柔性,以及无机材料高强度、高稳定性等优势,是最具应用潜力的固体电解质材料。目前,制约聚合物复合固体电解质实际应用的主要瓶颈问题为其室温离子电导率较低。综述了目前关于聚合物复合固体电解质离子传导机制的科学认识以及提升其离子电导率的方法,分析了先进表征工具在揭示聚合物复合固体电解质离子传导机制方面的应用潜力,并展望了聚合物复合固体电解质未来的发展方向和工作重点。     

Recent advances in thermoelectric materials

Thermoelectric materials are crucial in renewable energy conversion technologies to solve the global energy crisis. They have been proven to be suitable for high-end technological applications such as missiles and spacecraft. The thermoelectric performance of devices depends primarily on the type of materials used and their properties such as their Seebeck coefficient, electrical conductivity, thermal conductivity, and thermal stability. Classic inorganic materials have become important due to their enhanced thermoelectric responses compared with organic materials. In this review, we focus on the physical and chemical properties of various thermoelectric materials. Newly emerging materials such as carbon nanomaterials, electronically conducting polymers, and their nanocomposites are also briefly discussed. Strategies for improving the thermoelectric performance of materials are proposed, along with an insight into semiconductor physics. Approaches such as nanostructuring, nanocomposites, and doping are found to enhance thermoelectric responses by simultaneously tuning various properties within a material. A recent trend in thermoelectric research shows that high-performance thermoelectric materials such as inorganic materials and carbon nanomaterials/electronically conducting polymer nanocomposites may be suitable for power generation and energy sustainability in the near future.     

热电材料塞贝克系数的不确定度评定

热电材料是一类可以将热能和电能直接相互转化的新型功能材料。塞贝克系数作为评价热电材料性能的重要参数,其准确测量尤为关键。基于准确测量方法,建立了塞贝克系数的溯源路径,研究了塞贝克系数测量仪器的溯源性,验证了测量方法的准确性,以P型碲化铋Bi₂Te₃块体热电材料作为测量对象进行了测量不确定度评定,其相对扩展不确定度为0.46%～2.52%(k=2)。     

Zn-Sb双掺杂Mg2(Si,Sn)合金的热电性能

Mg₂(Si,Sn)合金热电材料具有成本低廉、环境友好等优点, 作为一种绿色环保的中温区热电材料一直受到广泛关注。在Mg₂(Si,Sn)基材料中掺杂大剂量Sb可诱发Mg空位, 从而有效降低材料的热导率, 但同时Seebeck系数也会降低。研究采用高温熔炼及真空热压法成功合成了Mg_2.12-ySi_0.4Sn_0.5Sb_0.1Zn_y (y=0~0.025)试样, 通过在大剂量Sb掺杂的Mg₂(Si,Sn)基材料中添加Zn元素, 研究了大剂量Sb和微量Zn双掺杂对材料电声输运特性的综合影响。研究结果表明, Zn-Sb双掺杂可通过有效抑制材料电子热导率的方法大幅降低Mg₂(Si,Sn)合金材料的总热导率, 与此同时明显提高掺Zn试样的塞贝克系数以弥补其电导率的损失, 维持材料较为优异的电学性能。最终, 热导率的大幅优化及电学性能的维持实现了材料综合热电性能的显著提升, 其中, 成分为Mg_2.095Si_0.4Sn_0.5Sb_0.1Zn_0.025的材料在823 K下热电优值ZT达到1.42。     

Performance of Bi–Te–Sb–Se Thermoelectric Material at Low Temperature

Thermoelectric materials are of interest for applications as heat pump and power generators. The performance of a thermoelectric material, the figure of merit, ZT, is measured. The figure of merit is interrelated to the thermal conductivity, electrical conductivity, and Seebeck coefficient. All of these parameters are functions of temperature. The performance of a Bi–Te–Sb–Se thermoelectric material at low temperature was studied experimentally in this work. Based on the experimental results, the relation between various parameters and temperature, and the figure of merit are reported. The conclusions indicate that this thermoelectric material is not suitable for power generation at low temperature, and only an improvement of production technology or the development of a new production method can improve the electrical power generation performance with this method.Paper presented at the Seventh Asian Thermophysical Properties Conference, August 23–28, 2004, Hefei and Huangshan, Anhui, P. R. China.     

半导体热电材料研究进展

本文从讨论热电材料的性能出发 ,讨论了提高半导体热电性能的主要途径 ,介绍了主要的半导体热电材料特别是近年来的进展情况 ,展望了其应用前景 ,并提出了亟待解决的问题。     

Nanostructures for Thermoelectric Applications: Synthesis,Growth Mechanism,and Property Studies

Both heterostructures and hollow nanostructures have been predicted as candidates with excellent thermoelectric performance. In this Research News areticle, recent advances with regard to synthetic strategies, growth mechanisms, and thermoelectric properties of one‐dimensional heterostructures (segmented and core/shell) and tubular nanostructures are reported. The thermoelectric property studies of Te/Bi core/shell heterostructured nanowires and Bi₂Te₃ nanotubes indicate that the Seebeck coefficient and thermal conductivity of these materials can be optimized to improve their thermoelectric performance. In addition, the current issues and future research directions for promising thermoelectric nanostructures will be discussed on the basis of these experimental results.     

N型多孔单晶硅片的热电性能研究

半导体硅热电材料原材料极为丰富，而且安全无毒。尽管硅材料有着比较大的塞贝克系数，但是由于硅的热导率太高而电导率偏低导致热电性能低而不适用于热电材料。为了解决这一问题，本文采用电化学腐蚀的方法制备了N型多孔硅。采用物理气相沉积和电化学腐蚀相结合的方法在硅片上的纳米孔中镶嵌InSb，实现实空结合量子结构。这一结构大大提高了N型硅材料的热电优值，为研制具有高热电转化效率的热电材料开辟了一个新的途径。     

SrTiO3 glass–ceramics as oxide thermoelectrics

Glass-ceramics obtained via a true bulk glassy phase offer a possibility to obtain high-temperature stable nanostructured materials in a cost efficient way which is suitable for mass production. We apply the method of glass-ceramic manufacturing to a crystalline phase which is known for its good thermoelectric properties as an n-doped material. Nb-doped SrTiO₃ with grain sizes of several nanometers is obtained as the main crystalline phase from transparent bulk glass after applying a well-defined time–temperature profile for ceramization. The glass-ceramics show a low thermal conductivity of around 1.6 W/mK and a Seebeck coefficient around ?480 μV/K together with electronic conductivity. Thermal cycling of these glass-ceramics without degradation of the thermoelectric properties for temperatures up to 650 °C (923 K) is shown as well.     

聚合物热电复合材料的研究进展

本文综述了碳纳米材料/聚合物、半导体合金/聚合物、金属纳米粒子/聚合物以及聚合物/聚合物等热电复合材料的研究进展。简要分析了热电复合材料的性能提升机理及现有材料尚存在的问题,并指出了聚合物热电复合材料今后的发展方向。