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《ACS AMI》四川大学莫思特:基于贻贝灵感聚多巴胺的新型混合 p 和 n 型有机热电材料

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高分子材料科学 2021-09-20 18:59

受贻贝启发的聚多巴胺 (PDA) 可作为功能材料设计的构建块和界面。最近,科研人员使用 PDA 作为聚苯胺 (PANi) 和多维碳材料之间的夹层,如石墨烯量子点 (GQD)、多壁碳纳米管 (MWCNT) 和石墨烯纳米片 (GNS),以提高 p-型聚合物基材料已有报道。由于PDA具有优异的粘附性能,PDA的引入促进了GQD/PDA/PANi、CNT/PDA/PANi和GNS/PDA/PANi三元复合材料的载流子迁移率。

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在 GNS/PDA/PANi 中实现了 4.98 × 104 S m-1 的最佳电导率和 92.17 μW m-1 K-2 在 363 K 下的功率因数,远高于 GNS/PDA 和 GNS/帕尼。更令人惊讶的是,尽管 GQD/PDA、CNT/PDA 和 GNS/PDA 二元复合材料显示出 p 型特性,但 GQD/PDA、CNT/PDA 和 GNS/PDA 在 800 °C 下的热解处理导致c-GQD/PDA、c-CNT/PDA 和 c-GNS/PDA 的电导率和负塞贝克系数均增加。c-CNT/PDA 复合材料具有最高的 Seebeck 值 -30.2 μV K-1 和最大功率因数值 35.57 μW m-1 K-2。最后,展示了由 GNS/PDA/PANi 和 c-CNT/PDA 组成的 24 个热电单元的柔性热电发电机,在 60°C 的温差下输出电压为 52.8 mV。

示意图 1. 基于 PDA 的复合材料制备策略示意图

图 2. GNS/PDA/PANi 三元复合材料中“短程有序”和“长程无序”结构示意图

示意图 3. 柔性 p 型和 n 型薄膜制备示意图

图 9. (A) 包含 24 条腿的柔性 TEG 的图像,(B,C) 在由绝缘泡沫分隔的两个铜管产生的不同温度下的热电压测量,(D) 温度差为 24 TE 时热电压值的依赖性 腿,以及(E)在 ΔT = 20 °C 时具有不同 TE 腿的热电压值的依赖性。

相关论文以题为Novel Hybrid p- and n-Type Organic Thermoelectric Materials Based on Mussel-Inspired Polydopamine发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。通讯作者是四川大学莫思特副教授。

参考文献:

doi.org/10.1021/acsami.1c01457

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