成果简介
离子热电材料因其高弹性和高塞贝克系数而受到越来越多的关注。然而，其热电性能不足和长期的加工工艺限制了其实际应用。为了实现奇特的离子热电材料，本文，昆士兰科技大学史晓磊 研究员、陈志刚教授团队、南京工业大学 刘庆丰教授等在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Stable, Self-Adhesive, and High-Performance Graphene-Oxide-Modified Flexible Ionogel Thermoelectric Films”的论文，研究设计了一种具有高热电性能和柔韧性的氧化石墨烯（GO）修饰丙烯酰胺离子凝胶。详细的结构表征证实，GO颗粒在离子凝胶结构中的均匀分散使功率因数达到 753.0 µWm−1K−2，ZT值达到 0.19。此外，制备的离子热电薄膜还具有出色的柔韧性、拉伸性和自粘性。由制备的离子凝胶薄膜组装而成的集成器件可在 20 K 的温差下产生 1.32 mW cm-2的最佳输出功率密度，这表明该器件在可穿戴电子设备领域具有巨大潜力。这项工作为寻找长期高性能离子热电材料提供了启示。
图文导读
图1、PAM0.3-BMIM:Cl0.6-GOx离子热电膜的制备工艺及其热电性能。
图2、不同x值和工作温度下PAM0.3-BMIM:Cl0.6-GOx薄膜的热电性能和稳定性
图3、i) 原始 GO、ii) PAM0.3-BMIM:Cl0.6、iii) 退火 PAM0.3-BMIM:Cl0.6-GO0.4、iv) 退火 PAM0.3-BMIM:Cl0.6-GO1（本研究的最终产品）和 v) 未退火 PAM0. 3-BMIM:Cl0.6-GO1，以及混合薄膜的载流子转移示意图。a) 衰减全反射傅立叶变换红外反射光谱（ATR-FTIR）。b) X 射线衍射（XRD）图；c) 拉曼图；d) X 射线光电子能谱（XPS）图，以及相应的放大 Cl2p 图和 e) 放大 N1s 图；f) 示意图显示了 GO 和 BMIM 之间的相互作用，以及 GO 杂化后载流子浓度产生的更大差异。
图4、制备的PAM0.3-BMIM:Cl0.6-GO1薄膜的表面形态和元素分布的表征。
图5、PAM0.3-BMIM:Cl0.6-GO1薄膜的力学性能和柔性表征
图6、PAM0.3-BMIM:Cl0.6-GO1基热电器件的制备及输出性能比较
小结
综上所述，本文开发了一种由碳基材料（RO）、离子液体和交联聚合物组成的高柔性、高稳定性和高热电性能的新型离子热电薄膜。该薄膜具有优异的热电性能，其S值为 -76.7 mVK-1，S2 σ值为 753.0 µWm-1K-2，在 383 K 时的ZT值为 0.19，与现有的离子热电材料相比具有很强的竞争力。此外，该薄膜还具有出色的机械性能，包括 219.7 kPa 的拉伸强度、389% 的断裂伸长率、84.1 kPa 的杨氏模量、0.4 MJm-3 的韧性以及 180° 弯曲的柔韧性。重要的是，即使在空气中放置 7 天，该薄膜仍能保持出色的热电和机械性能。基于这些卓越的性能，我们成功地制造出了一个尺寸为 25 × 25mm2 的微型 9 脚柔性热电器件，实现了 1.32 mWcm-2的高优化ωmax，ΔT 为 20 K。这项工作为长期设计高性能离子热电材料和易于集成的柔性器件提供了一种前景广阔的新方法。
文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202402823
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