Achieving High zT with Carbon Nanotube/Conjugated Microporous Polymer Thermoelectric Nanohybrids by Meticulous Molecular Geometry Design, Advanced Functional Materials 34,45(2024)
以分子幾何設計製備高熱電優值與低熱導的共軛微孔聚合物/奈米碳管之熱電複合材料
Meng-Hao Lin, Mohamed Gamal Mohamed, Chih-Jung Lin, Yu-Jane Sheng, Shiao-Wei Kuo*, and Cheng-Liang Liu*
2025/02/03
利用孔洞結構來引發聲子散射以降低熱導率來提升熱電優值(zT)，是熱電材料研究的有效策略。共軛微孔聚合物(Conjugated microporous polymers, CMP) 憑藉其大量的𝜋共軛和微孔結構，展現增強的電荷轉移能力及較低的熱導率。此外，相較於傳統的金屬-有機框架(Metal Organic Frameworks, MOFs)，共軛微孔聚合物具備低溫大規模合成、高耐熱性、化學結構可調性及非晶性等優勢。本研究設計並合成兩種共軛微孔聚合物 (PyT-A與PyT-T)，以探討其化學結構與孔洞特性對熱電性能的影響。有鑑於共軛微孔聚合物固有的低電導率，將其分散於高導電性的奈米碳管溶液中，並藉由溶劑置換製備出p型與n型的共軛微孔聚合物/奈米碳管之複合材料。結果顯示，當奈米碳管與共軛微孔聚合物的重量比為1:1時，熱電效能達最佳化。由於兩種共軛微孔聚合物的空間位阻不同，其熱電性能可以在不同情況下進行調整。共軛微孔聚合物的低熱導率和高效分散能力的協同效應使 p 型和 n 型熱電奈米複合材料在 303 K 時的熱電優值分別達到 0.053 和 0.13。最後，透過串聯6組p-n接面製備出穩定的軟性熱電發電機，其開路電壓達15.6 mV以及最大功率為 196.6 nW。本研究為首次將共軛微孔聚合物應用於熱電領域，展示了高性能的熱電奈米複合材料，為熱電材料的發展提供了新方向。
研究動態
