一种基于热化学电池的N-P型交替柔性热电纤维的制备方法

：本发明涉及材料科学领域，具体是一种基于热化学电池的n-p型交替柔性热电纤维的制备方法。

背景技术

0、
背景技术：

1、随着电子器件在微型化和集成化上不断取得突破，可穿戴电子设备和智能织物受到越来越多的关注。为了满足物联网中分散的能源需求，多种不同从环境能源中获取新的能源策略被加以研究，如压电发电，摩擦发电，太阳能发电等。其中，热电发电由于不需要连续的机械运动、不受环境昼夜交替的影响，而且身体和环境始终存在温差而在可穿戴电子设备中具有独特优势。

2、热电材料基于塞贝克效应将热能直接转换为电能，这种效应源于温度梯度驱动的载流子扩散。但目前商用的热电材料主要是刚性的固体块状，不适合用于可穿戴系统。热化学电池也可以将热能直接转换为电能，其利用的是离子氧化还原时和电极之间电子转移过程中温度相关的熵变化，由于其反应通常发生在液体中，因此本质上是流动的和柔软的。此外，普通热化学电池的最佳工作温度通常低于100℃，使其更适用于日常使用场景。然而，目前大多数热化学电池都采用坚硬且无弹性的基材来支撑液体工作介质，使得其材料的柔软性和拉伸性的优点被掩盖了。此外，含有基材的器件透气性差，影响佩戴舒适度，长期佩戴也会引发健康问题。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本发明的目的就是为了解决现有问题，而提供一种基于热化学电池的n-p型交替柔性热电纤维的制备方法。

2、本发明的技术解决措施如下：一种基于热化学电池n-p型交替柔性热电纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、步骤1：将10克丙烯酰胺单体(am)、240毫克n,n'-亚甲基双丙烯酰胺(mba)、100毫克过硫酸铵(aps)和100毫克3-(三甲氧基硅烷)丙基丙烯酸酯(tmspma)作为硅烷偶联剂与50毫升去离子水混合，制备水凝胶前驱液；

4、步骤2：将水凝胶前驱液放置于聚四氟乙烯管中在60-90摄氏度下聚合10-30分钟；

5、步骤3：将经过步骤2聚合后的水凝胶前驱液从管中挤出后制得成型的paam水凝胶纤维，将paam水凝胶纤维完全用去离子水洗净，并经过冷冻干燥过程形成paam气凝胶纤维；将paam气凝胶纤维切成长度均匀的paam气凝胶纤维段；

6、步骤4：将0.1克导电材料和1克聚二甲基硅氧烷(pdms)均匀混合在50-150毫升无水六氯化烷中搅拌混合；在制备的混合物中加入0.1克固化剂，再次进行搅拌30分钟；

7、步骤5：将经过步骤4的混合物通过搅拌和蒸发以形成液体pdms导电复合材料；将paam气凝胶段依次与制备的液体pdms导电复合材料粘接在一起，在80摄氏度下固化成气凝胶纤维；

8、步骤6：分别将p型、n型热电池电解质溶于去离子水形成溶液；将气凝胶纤维浸泡在去离子水中，恢复成水凝胶形式；

9、步骤7：分别在气凝胶段上交替滴加2微升0.1-1摩尔每升的p型和n型电解质溶液；

10、步骤8：将pdms基料和固化剂与三乙氧基乙烯基硅烷(teovs)混合，然后，将裸露的p/n交替水凝胶纤维在混合液中浸涂，并在真空干燥箱中固化形成n-p型交替柔性热电纤维。

11、作为优选的技术方案，步骤2中热电纤维前体的聚合时间为10-60分钟。

12、作为优选的技术方案，步骤4中的导电材料包括但不限于单壁碳纳米管(swcnt)、多壁碳纳米管(mwcnt)和碳粉中的一种。

13、作为优选的技术方案，p型热电池电解质包括但不限于k3fe(cn)6/k4fe(cn)6。

14、作为优选的技术方案，n型热电池电解质包括但不限于fecl3/fecl2。

15、作为优选的技术方案，步骤3中将paam气凝胶纤维切成长度为5mm的均匀paam气凝胶纤维段。

16、作为优选的技术方案，固化剂的主要成由硅烷和烯烃组成.

17、本发明的有益效果在于：

18、1、本发明中所提供的基于热化学电池n-p型交替柔性热电纤维的制备方法，生产工艺简单，成本低，适用于大规模生产。

19、2、通过本申请中的制备方法制成的热电纤维机械性能好，具有较好的可拉伸性和弹性，穿着舒适可以在日常生活中的大部分穿戴环节中使用。

20、3、本发明中所提供的基于热化学电池n-p型交替柔性热电纤维的制备方法制备的热电纤维材料p-n界面处贴合紧密，且p、n段长度可控，适合编织加工。

技术特征：

1.一种基于热原电池n-p型交替柔性热电纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1中所述的一种基于热原电池n-p型交替柔性热电纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2中热电纤维前体的聚合时间为10-60分钟。

3.根据权利要求1中所述的一种基于热原电池n-p型交替柔性热电纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤4中的导电材料包括但不限于单壁碳纳米管(swcnt)、多壁碳纳米管(mwcnt)和碳粉中的一种。

4.根据权利要求1中所述的一种基于热原电池n-p型交替柔性热电纤维的制备方法，其特征在于：所述n型热电池电解质包括但不限于fecl3/fecl2。

5.根据权利要求1中所述的一种基于热原电池n-p型交替柔性热电纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤3中将paam气凝胶纤维切成长度为5mm的均匀paam气凝胶纤维段。

6.根据权利要求1中所述的一种基于热原电池n-p型交替柔性热电纤维的制备方法，其特征在于：所述固化剂的主要成由硅烷和烯烃组成。

技术总结
本发明涉及材料科学领域，具体是一种基于热原电池N‑P型交替柔性热电纤维的制备方法，热电材料基于塞贝克效应将热能直接转换为电能，这种效应源于温度梯度驱动的载流子扩散，但目前商用的热电材料主要是刚性的固体块状，不适合用于可穿戴系统，本发明中所提供的基于热原电池N‑P型交替柔性热电纤维的制备方法，生产工艺简单，成本低，适用于大规模生产，通过本申请中的制备方法制成的热电纤维机械性能好，具有较好的可拉伸性和弹性，穿着舒适可以在日常生活中的大部分穿戴环节中使用，本发明中所提供的基于热原电池N‑P型交替柔性热电纤维的制备方法制备的热电纤维材料P‑N界面处贴合紧密，且P、N段长度可控，适合编织加工。

技术研发人员：丁天朋,邓凯鹏,谢文科,肖旭,杜章立
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25