Entre os materiais termoelétricos orgânicos, os filmes finos de PEDOT:PSS (poli(3,4-etilenodioxitiofeno-poli(4-estirenossulfonato)) têm recebido ampla atenção, mas sofrem de baixos coeficientes de Seebeck de 10–20 μV K ^-1 devido aos altos estados de oxidação na cadeia polimérica PEDOT. Foram dedicados esforços consideráveis ​​ao aumento do coeficiente de Seebeck.



Uma estratégia é alterar o estado de oxidação da unidade etilenodioxitiofeno de quinóide para benzóide por pós-tratamento com uma solução redutora. Alternativamente, o aprimoramento do desempenho termoelétrico foi alcançado pela adição de nanopartículas termoelétricas inorgânicas, como Bi₂ Te₃ e Té. No entanto, continua difícil superar o acoplamento intrínseco entre o coeficiente de Seebeck e a condutividade elétrica.

Em um artigo de pesquisa publicado na National Science Review , cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul, da Universidade de Pequim e do Instituto de Química, CAS relatam a manipulação direta da entropia ocupada interfacial do polaron em um filme fino PEDOT:PSS com ressonância induzida por luz UV entre PEDOT e diarileteno, realizando assim um 10 aumento de energia térmica de 13,5 μV K ^-1 a 135,4 μV K ^-1 com condutividade elétrica quase inalterada.

Eles introduziram um estado de interface para adaptar a entropia ocupada interfacial polaron do PEDOT:PSS com um DAE fotocrômico. A estrutura estéreo das moléculas DAE pode se transformar de uma estrutura de anel aberto em uma forma de anel fechado sob luz UV.

Um novo estado de interface polaron foi formado entre o DAE de anel fechado planar e as cadeias moleculares PEDOT devido às suas ligações CC =CC semelhantes, que foram acopladas entre si através de interações fracas. Os polarons introduzem efetivamente novos estados ou locais eletrônicos onde os portadores de carga podem ser acomodados. A ocupação desses estados contribui para o aumento da entropia porque amplia os possíveis arranjos de portadores de carga.

Este aumento na entropia pode ter um impacto significativo na termopotência (coeficiente de Seebeck) do material. Estados eletrônicos mais disponíveis, fornecidos pelos polarons na interface, podem resultar em um aumento na energia termoelétrica, permitindo que mais portadores de carga participem do processo termoelétrico.

Pela manipulação da entropia ocupada interfacial do polaron em um filme fino PEDOT:PSS com ressonância induzida por luz UV entre PEDOT e diarileteno, eles perceberam um aumento de energia térmica de 10 vezes a partir de 13,5 μV K ^-1 a 135,4 μV K ^-1 com condutividade elétrica quase inalterada. Além disso, eles também observaram o aumento da termopotência dos filmes finos PEDOT:PSS-xDAE preparados, dependendo da concentração de DAE e da intensidade da luz UV.

Eles também usaram espectros Raman para obter evidências experimentais diretas para o acoplamento entre DAE e PEDOT sob modulação UV. Portanto, o acoplamento ressonante entre o DAE e o PEDOT foi verificado pela termopotência dependente da temperatura e pela energia de ligação pelo cálculo DFT.

Em resumo, eles descobriram um método de manipulação direta para a entropia ocupada interfacial do polaron em um filme fino PEDOT:PSS através do acoplamento ressonante induzido por UV entre DAE e PEDOT. Seu trabalho fornece informações sobre como dissociar a conexão entre a energia térmica e a condutividade elétrica de um filme termoelétrico orgânico.

Além disso, este trabalho também adiciona uma nova rota para projetar a termoelétrica orgânica termoelétrica e uma plataforma única para acoplar a luz UV, gradiente de temperatura e campo elétrico.

Mais informações: Jiajia Zhang et al, Entropia interfacial Polaron como uma rota para alto desempenho termoelétrico em filmes PEDOT:PSS dopados com DAE, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae009
Fornecido pela Science China Press