Optimierung von nassgesponnenen PEDOT:PSS-Fasern für thermoelektrische Anwendungen durch innovative dreifache Nachbehandlungen

Zusammenfassung Aufgrund der hohen Flexibilität, der niedrigen Wärmeleitfähigkeit und der einstellbaren elektrischen Transporteigenschaften weist Poly(3,4-ethylenedioxythiophen):Poly(styrolsulfonsäure) (PEDOT:PSS) vielversprechendes Potenzial für die Entwicklung flexibler thermoelektrischer Geräte in Form von Filmen oder Fasern auf. Die niedrigen Seebeck-Koeffizienten und der Leistungsfaktor von PEDOT:PSS haben jedoch seine praktischen Anwendungen eingeschränkt. Hier setzen wir hintereinander dreifache Nachbehandlungen mit konzentrierter Schwefelsäure (H 2 SO 4 ), Natriumborhydrid (NaBH 4 ) und 1-Ethyl-3-methylimidazolium-Dichloroacetat (EMIM:DCA) ein, um die thermoelektrische Leistung flexibler PEDOT:PSS-Fasern mit einem hohen Leistungsfaktor von (55,4 ± 1,8) μW m −1 K −2 bei 25 °C zu verbessern. Umfassende Charakterisierungen bestätigen, dass überschüssiges isolierendes PSS nach den Behandlungsschritten mit H 2 SO 4 und EMIM:DCA selektiv entfernt werden kann, was konformationale Veränderungen induziert, um die Mobilität der Ladungsträger zu erhöhen, was zu einer verbesserten elektrischen Leitfähigkeit führt. Gleichzeitig wird die Behandlung mit NaBH 4 eingesetzt, um das Oxidationsniveau anzupassen und den Seebeck-Koeffizienten weiter zu optimieren. Darüber hinaus zeigen die aufgebauten flexiblen thermoelektrischen Geräte eine Ausgangsleistungsdichte von (60,18 ± 2,79) nW cm −2 bei einem Temperaturunterschied von 10 K und beweisen die überlegene Leistung und Nutzbarkeit der optimierten Fasern. Diese Arbeit bietet Einblicke in die Entwicklung von Hochleistungs-organischen thermoelektrischen Materialien durch Modulation der Polymerketten. Grafische Zusammenfassung