摘要: 热电材料是一种能将热能转化为电能的功能材料，具有轻便小巧、无污染的优点。依据材料的载流子种类，可将热电材料分为:电子导体、离子导体两类。电子导体的热电材料虽然具备良好的热电性能和一定的柔性，但是固有的刚性和较低的塞贝克系数阻碍了其更... 展开 热电材料是一种能将热能转化为电能的功能材料，具有轻便小巧、无污染的优点。依据材料的载流子种类，可将热电材料分为:电子导体、离子导体两类。电子导体的热电材料虽然具备良好的热电性能和一定的柔性，但是固有的刚性和较低的塞贝克系数阻碍了其更深入的应用。与之对应的离子导体，因具备较低的导热系数和更高的离子塞贝克系数（比电子型热电材料的塞贝克系数高2-3个数量级）而逐步成为下一代热电材料。依据离子导体的溶剂类型又可将其分为:水凝胶/有机溶剂凝胶;离子凝胶。其中水凝胶/有机溶剂凝胶热电材料虽然在离子塞贝克系数上已经取得了显著的进展，但是它们通常容易受到外界环境的影响，材料中的成分会蒸发并影响性能，阻碍了它们的长期应用。相较而言，离子凝胶热电材料在具备优异离子塞贝克系数的同时保持了良好的稳定性。然而目前通过简易快速的生产途径，制备一种兼具高机械拉伸性能和优异离子电导率的透明离子凝胶热电材料仍是一个挑战。 本文首先制备了三种离子液体负载的聚乙烯醇（PVA）离子凝胶，选择的离子液体为:1-乙基-3-甲基咪唑二氨腈（EMIM∶DCA）、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIM∶BF4）、1-乙基-3-甲基咪唑啉双（三氟甲基磺酰基）亚胺（EMIM∶TFSI）。探讨了制备方式的可行性以及不同离子液体对材料热电性能的影响。选取了具备最高热电性能的EMIM∶DCA,研究了不同离子液体负载含量对PVA离子凝胶性能的影响。随后，将羟丙基纤维素（HPC）引入85wt％EMIM∶DCA负载的PVA离子凝胶中，制备了聚乙烯醇/羟丙基纤维素复合离子凝胶。分析了复合离子凝胶的化学组成、热稳定性、表面形貌、机械性能以及热电性能。主要结论如下: （1）采用溶液浇铸法，制备了各组分分布均匀的离子凝胶，且PVA以及PVA/HPC纳米网络均能有效限定离子液体，实现了最高85wt％离子液体的负载。 （2）PVA离子凝胶与PVA/HPC复合离子凝胶均可在200℃以下保持良好的热稳定性，满足柔性电子尤其是可穿戴电子设备对于离子凝胶热稳定性的需求。 （3）相较于BMIM∶BF4与EMIM∶TFSI,负载40wt％EMIM∶DCA的PVA离子凝胶具备更高的离子电导率（1.274mScm-1）与离子塞贝克系数（1.194mVK-1）。随着EMIM∶DCA负载量的增加，材料的热电性能获得提升。在负载量为85wt％时，材料的离子电导率为33.07mScm-1,离子塞贝克系数为2.544mVK-1。 （4）HPC的引入将使PVA基质中产生大量孔结构，随着HPC负载含量的增加，孔径随之增加。负载HPC后，复合离子凝胶的韧性相比未掺杂HPC的离子凝胶提高260倍。材料的离子电导率提升至36.79mScm-1,离子塞贝克系数提升至2.783mVK-1。 (5)本文制备的离子凝胶的热电性能与相对湿度之间存在依赖关系。在更高的相对湿度条件下(70％),PVA离子凝胶与复合离子凝胶的离子电导率、离子塞贝克系数均获得提升。在70％相对湿度条件下，15wt％HPC负载的复合离子凝胶的离子电导率为49.03mScm-1，离子塞贝克系数为5.572mVK-1，功率因子为152.2μWm-1K-2。本文制备的聚乙烯醇/羟丙基纤维素复合离子凝胶兼具高机械拉伸性能与优异的离子电导率，对柔性电子产品尤其是可穿戴热电设备的开发具有重要意义。 收起