可將熱能轉(zhuǎn)換為電能的有機(jī)熱電材料具有重量輕、柔性高和可溶解法加工等優(yōu)點，是具有代表性的新興能源技術(shù)，在工業(yè)廢熱回收、空間溫差發(fā)電等相關(guān)應(yīng)用中迸發(fā)出巨大的發(fā)展?jié)摿。目前，大量的研究工作主要集中?/span>p-型高分子熱電材料研究，已有多個材料實現(xiàn)了電導(dǎo)率（σ）超過2000 S cm-1和功率因子（PF）超過300 μW m-1 K-2。然而，n-型高分子熱電材料的研究顯著滯后，這主要歸因于缺乏強(qiáng)缺電子基元來構(gòu)建性能優(yōu)異的n-型高分子半導(dǎo)體熱電材料。通過材料科學(xué)家的不斷努力，目前已開發(fā)了系列n-型高分子熱電材料體系，但這些材料體系還面臨σ和PF不夠高，可選用的材料種類較少等不足。在器件制備方面，目前主要采用旋涂成膜方法對材料性能進(jìn)行表征，不利于大面積商業(yè)化制備，成為有機(jī)熱電發(fā)展面臨的另一大挑戰(zhàn)。因此，為了推動有機(jī)熱電發(fā)展，材料研發(fā)和器件工藝優(yōu)化是目前亟需考慮的兩大關(guān)鍵科學(xué)問題。
圖1 （a）雙噻吩酰亞胺、并環(huán)雙噻吩酰亞胺二聚體及雙氰基化并環(huán)雙噻吩酰亞胺二聚體的DFT計算結(jié)果。（b）PCNI2-V、PCNI2-T和PCNI2-BTI的結(jié)構(gòu)示意圖。（c）三個高分子在薄膜狀態(tài)下的紫外-可見吸收光譜圖。（d）三個高分子的能級示意圖。（e）基于旋涂PCNI2-BTI的有機(jī)薄膜晶體管器件轉(zhuǎn)移曲線圖。
圖2 （a）N-DMBI摻雜高分子薄膜的紫外-可見-近紅外吸收光譜圖；谛糠ㄖ苽涞母叻肿颖∧ぃb）電導(dǎo)率和（c）功率因子隨N-DMBI摻雜比例變化示意圖。（d）刮涂法制備的摻雜高分子薄膜示意圖。（e）基于刮涂法制備的PCNI2-BTI薄膜電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)和功率因子隨N-DMBI摻雜比例變化示意圖。
圖3. 高分子薄膜的2D-GIWAXS圖像:（a-c）旋涂法制備的薄膜和（d-f）刮涂法制備的薄膜。（g）譜線輪廓圖。（h-j）偏光顯微鏡和原子力顯微鏡（內(nèi)圖）圖像：（h-j）旋涂法制備的薄膜和（k-m）刮涂法制備的薄膜。通過（n）旋涂法和（o）刮涂法制備的高分子聚集態(tài)示意圖。
該成果以“Cyano-Functionalized Fused Bithiophene Imide Dimer-Based n-Type polymers for High-Performance Organic Thermoelectrics”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210847
郭旭崗教授團(tuán)隊主頁：https://faculty.sustech.edu.cn/guoxg
王剛教授團(tuán)隊主頁：https://cmse.dhu.edu.cn/2020/0113/c14707a237174/page.htm
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