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热电材料,将温差转化为电能的物质,发现涉及将废热转化为有用的电能的多种应用。然而,它们通常需要依靠重稀土元素进行高效的热电转换。
不幸的是,这使得它们昂贵且对环境有害。近年来,共轭聚合物基材料作为传统稀土金属基热电材料的环保替代品受到关注。
由于其在非晶态下的高电荷载流子迁移率,含IDT的导电聚合物有可能降低导热率,同时保持其电子导电性不变。不幸的是,这些聚合物的电子导电性低,限制了我们从IDT基聚合物合成高性能热电材料的能力。
由韩国Sukwon Hong Gwangju科学技术研究所教授领导的一组研究人员现在已经找到了解决问题的方法。凭借对观察到的低电导率的合理原因的理解,该团队设计了一种新策略,用于开发基于聚甲醛官能化IDT(IDTa)聚合物内掺杂剂(杂质)位置控制的IDT基聚合物,该聚合物具有改进的热电性能。他们的研究发表在《材料化学》上。
该团队选择了IDT的共聚物PIDT-EDOT,然后将其缩醛官能化以形成PIDTa-EDOT。接下来,他们通过引入亚硝酰六氟磷酸盐(NOPF6),将路易斯酸性掺杂剂放入 IDTa 组分中。乙缩醛基团的添加至关重要,因为它将掺杂剂引导到聚合物骨架的苄基位置旁边,从而促进所需的掺杂剂位置控制。
“我们发现,传统IDT的低电导率源于其非极性侧链,这导致掺杂剂位于聚合物链(主链)之间,而不是侧链上。这反过来又阻碍了电荷转移。因此,我们提出了一种策略,使我们能够将掺杂剂放置在聚合物主链的侧链附近,“当被问及研究背后的动机时,洪教授解释说。
在测试PIDTa-EDOT聚合物时,研究人员观察到掺杂效率提高,π−π凝聚堆积,晶粒尺寸减小。反过来,这些又赋予了0.09 W m的低导热系数。−1K−1一方面,另一方面电子电导率高30倍。因此,与原始PIDT-EDOT聚合物相比,PIDTa-EDOT聚合物的热电性能提高了6倍。
因此,该研究提出了一种合成IDT基聚合物的新方法,该聚合物同时表现出低导热性和高电子导电性,这是开发高效热电材料和热电转换技术的先决条件。
“改进的热电材料可以从工业过程中甚至人体释放的废热中更有效地发电。这反过来又可以减少能源消耗,使太阳能发电更实用和更具成本效益,“洪教授总结道。
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