【摘 要】
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热电材料是一种借助固体或液体内部载流子的运动将热能与电能进行相互转换的功能材料。作为一种绿色环保的新能源材料,由热电材料制成的热电转换设备具有无噪音,无污染,无传动部件,低损耗等优点,在军事、生物等领域具有广阔的发展前景。由于无机材料昂贵、高毒性和可加工性差等固有缺点,其大规模商业化应用受到了限制。随着有机热电材料研究的深入,它被作为无机热电材料的良好替代品,目前对于有机热电材料的研究往往围绕着一
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热电材料是一种借助固体或液体内部载流子的运动将热能与电能进行相互转换的功能材料。作为一种绿色环保的新能源材料,由热电材料制成的热电转换设备具有无噪音,无污染,无传动部件,低损耗等优点,在军事、生物等领域具有广阔的发展前景。由于无机材料昂贵、高毒性和可加工性差等固有缺点,其大规模商业化应用受到了限制。随着有机热电材料研究的深入,它被作为无机热电材料的良好替代品,目前对于有机热电材料的研究往往围绕着一些传统的聚合物基热电材料,而对于小分子热电材料的研究鲜有报道。另外,目前对于有机热电材料的加工依然是使用诸如氯苯、氯仿等毒性较大的有机溶剂,对环境会造成一定的影响。这些问题在很大程度上阻碍了有机热电材料的发展。针对这些问题,本文设计合成了一系列基于水/醇溶性芴基的小分子共轭电解质4,4’-（2,7-二（噻吩-2-基）-9H-芴-9,9-二基）双（丁烷-1-磺酸钾）（TF）,4,4’-（2,7-双（4-氟苯基）-9H-芴-9,9-二酰基）双（丁烷-1-磺酸钾）（FPF）和4,4’-（2,7-双（4’-氟-[1,1’-联苯]-4-基）-9H-芴-9,9-二基）双（丁烷-1-磺酸钾）（FBF）,通过各种测试对其结构及热电性能进行测试分析,从而了解小分子材料与热电性能的关系。在此基础上,我们挑选较为优异的材料通过与单壁碳纳米管（SWCNT）复合进一步优化热电性能,研究了不同质量比对小分子复合材料热电性能的影响。其主要内容如下:（1）设计合成了三种不同骨架结构含极性侧链的小分子热电材料TF,FPF和FBF,采用F4TCNQ对小分子进行掺杂探究小分子不同共轭长度对热电性能的影响。研究发现芴基小分子展现出良好的热稳定性和平面性。在相同的掺杂条件下,小分子FBF的热电性能远超于TF、FPF,在室温下达到0.17μW m-1K-2。这表明沿长轴扩展共轭骨架可以增强功率因数。（2）选取热电性能较优的两种小分子FPF和FBF,利用SWCNT对其进行有效复合获得FPF/SWCNT和FBF/SWCNT复合材料。研究发现,含极性侧链的分子有利于提高小分子和SWCNT的混溶性,导致小分子与SWCNT之间更强的π-π相互作用。室温下FPF/SWCNT和FBF/SWCNT复合材料的功率因数最高分别可达165.31和193.61μW m-1K-2。在变温下,质量比为4:6的FPF/SWCNT和FBF/SWCNT复合材料均在320 K时获得了最大功率因数,分别为184.15和227.62μW m-1K-2。研究表明,通过与SWCNT复合是提高芴基共轭小分子电解质热电性能的有效策略。
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