三元共聚物热电材料的设计合成及其链结构对热电性能的调控

基本信息
批准号:21905294
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:李慧
学科分类:
依托单位:中国科学院上海硅酸盐研究所
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
热电聚合物选择性掺杂泽贝克系数构效关系三元共聚
结项摘要

The solution-processing thermoelectric polymers are mainly obtained by the polymerization of the thiophene monomers and usually show low carrier mobility. Their thermoelectric performance is far lower than those of traditional materials such as PEDOT:PSS, polyaniline, polypyrrole and so on. One of reasons is that the interaction between polymer and dopant in solid state is still unclear. On the other hand, the key parameters in thermoelectric device, electrical conductivity and Seebeck coefficient, are oppositely dependent on the carrier concentration. Chemical doping can improve the electrical conductivity but significantly decrease Seebeck coefficient, which finally results in a low power factor. Therefore, it is crucial to know how to prepare conductive polymers with high electrical conductivity and high Seebeck coefficient. Also, it is important to discover the effect of microstructure on these parameters. In our previous work, we have demonstrated that high mobility of the conductive polymer is essential for efficiently improving the power factor. In this project, we will synthesize ternary copolymers with high mobilities by copolymerizing diketopyrrolopyrrole with donor monomers together. Based on the oxidation ability of the building blocks and the polarity of the side chains, we will change the composition ratio to adjust the crystallinity of the films. And then, the crystalline polymer film will be selectively doped and interpenetrating networks morphology is expected in which high-level doping areas and low-level doping areas are homogeneously distributed. We aim to obtain high-performance thermoelectric devices with high electrical conductivity and enhanced Seebeck coefficient. Finally, the relationship and physical mechanism between the chemical structure and thermoelectric parameters will be investigated.

可溶液加工聚合物热电材料体系单一,主要以噻吩类聚合物为主,这类材料载流子迁移率较低,而且通过溶液法掺杂的器件性能远低于PEDOT:PSS、聚苯胺、聚吡咯等传统材料。一方面是由于目前对聚合物和掺杂剂之间的作用机制缺乏深入理解;另一方面,化学掺杂可以获得高电导但泽贝克系数显著降低,最终限制了功率因子的提高。如何通过结构设计制备具有高电导并保持较高泽贝克系数的聚合物、探明微结构对热电参数的影响机制是热电材料化学领域的关键科学问题。申请人前期研究成果表明,高载流子迁移率是获得高功率因子的前提。本项目拟通过三元共聚方式合成含有吡咯并吡咯二酮单元的给受体型高迁移率共聚物;利用构筑单元化学结构以及侧链极性差异,通过改变投料比例调控聚合物的结晶行为,使薄膜实现局域性掺杂,形成高掺杂区和低掺杂区互穿网络结构,从而制备高电导、高泽贝克系数兼具的热电转换器件,并探明化学结构、微观形貌与热电参数的关联机制。

项目摘要

未来电子器件提出异形化、柔性化、微型化的应用需求,可溶液加工的聚合物热电材料成为理想的材料选择之一。目前聚合物热电材料种类匮乏,热电性能依然远低于无机材料。一方面是由于对聚合物和掺杂剂之间的作用机制缺乏深入理解;另一方面,化学掺杂可以获得高电导但泽贝克系数显著降低,最终限制了功率因子的提高。如何通过结构设计制备具有高电导并保持较高泽贝克系数的聚合物、探明微结构对热电参数的影响机制是有机热电领域的关键科学问题。本项目在分子结构设计上,提出了主侧链结构设计性结合的功能基元共聚合成策略,实现了载流子浓度与载流子迁移率的同步提升,为高性能聚合物热电材料结构设计建立了普适性设计、筛选策略;在薄膜微纳尺度上,利用化学掺杂涨落以及微观结构调控降低载流子传输势垒,实现了电导率进一步提升,最终获得了多种功率因子大于80 μW K-2 m-1的新型聚合物半导体材料,最大功率因子达到110 μW K-2 m-1。本项目探明掺杂剂在聚合物链中的作用位置和作用机理,建立了掺杂剂和聚合物链相互作用对电荷传输影响的相关模型;揭示了薄膜中微观结构和聚集态对热电转换器件参数的影响,为高性能聚合物热电材料结构设计和器件优化提供依据。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

监管的非对称性、盈余管理模式选择与证监会执法效率?

监管的非对称性、盈余管理模式选择与证监会执法效率?

DOI:
发表时间:2016
2

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
3

宽弦高速跨音风扇颤振特性研究

宽弦高速跨音风扇颤振特性研究

DOI:
发表时间:2021
4

基于关系对齐的汉语虚词抽象语义表示与分析

基于关系对齐的汉语虚词抽象语义表示与分析

DOI:
发表时间:2020
5

金属锆织构的标准极图计算及分析

金属锆织构的标准极图计算及分析

DOI:10.16112/j.cnki.53-1223/n.2019.02.003
发表时间:2019

李慧的其他基金

批准号:41701557
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61803115
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51803156
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81701744
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81401119
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81774239
批准年份:2017
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51674120
批准年份:2016
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:21405077
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31500397
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81901499
批准年份:2019
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31071300
批准年份:2010
资助金额:37.00
项目类别:面上项目
批准号:61875006
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:20504009
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21703015
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30801242
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30500131
批准年份:2005
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81202687
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31700552
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21204083
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71403148
批准年份:2014
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71203173
批准年份:2012
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31771797
批准年份:2017
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:31500161
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31870482
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:81400011
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81903647
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11671285
批准年份:2016
资助金额:47.00
项目类别:面上项目
批准号:30800157
批准年份:2008
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81500112
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31701956
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31271456
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:30700401
批准年份:2007
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81701338
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41303083
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31401889
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51708167
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51874141
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:41801259
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51401075
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21676265
批准年份:2016
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:41877350
批准年份:2018
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:31501891
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11904236
批准年份:2019
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81300772
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11404235
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30901754
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81802646
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81874321
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61405005
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31570501
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:51301103
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31471341
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81901001
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71804011
批准年份:2018
资助金额:17.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31101529
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81370796
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:31000955
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81270755
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:51501177
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31070102
批准年份:2010
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:81772620
批准年份:2017
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51904222
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11201031
批准年份:2012
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31401388
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81171983
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61601079
批准年份:2016
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81603586
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31801665
批准年份:2018
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31700446
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61405208
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31800075
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81102484
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61802290
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81870116
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:30900538
批准年份:2009
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

高载流子迁移率有机热电材料的设计合成及其热电性能研究

批准号:51803163
批准年份:2018
负责人:孙源慧
学科分类:E0309
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

调控能带结构优化几种三元Zintl合金热电性能

批准号:51371076
批准年份:2013
负责人:王渊旭
学科分类:E0110
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
3

新颖锑基笼合物巨热电材料的合成、结构及热电性能研究

批准号:90922021
批准年份:2009
负责人:陈玲
学科分类:B03
资助金额:50.00
项目类别:重大研究计划
4

高压相变调控Mg2Si基热电材料微结构及热电性能研究

批准号:51901120
批准年份:2019
负责人:李江华
学科分类:E0107
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目