Enhanced thermoelectric performance of poly(3-substituted thiophene)/single-walled carbon nanotube composites via polar side chain modification

材料科学 碳纳米管 侧链 复合材料 聚噻吩 聚合物 噻吩 复合数 拉曼光谱 热电效应 掺杂剂 导电聚合物 兴奋剂 有机化学 光电子学 化学 物理 热力学 光学
作者
Liping Hao,Jiayuan Kang,Jiale Shi,Jinjia Xu,Jianyun Cao,Lei Wang,Yi Liu,Chengjun Pan
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier]
卷期号:199: 108359-108359 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2020.108359
摘要

Composites of conducting polymers and single-walled carbon nanotubes (SWCNT) are promising thermoelectric materials but require further performance enhancement for practical application. Inspired by the improved compatibility between conducting polymer and small molecule dopants via polar side chain modification, we propose in this work a high performance composite comprising polar side chain engineered conducting polymer and SWCNT. In detail, two kinds of polythiophene/SWCNT composites bearing different side chains called poly (3-hexylthiophene) (P3HT) and poly (thiophene-3-[2-(2-methoxy-ethoxy)ethoxy]-2,5-diyl) (PMEET) were prepared and composited with SWCNT. Molecular simulations revealed that, compared with P3HT, PMEET bearing polar side chains has better backbone planarity and a narrower band gap with a less deep HOMO level. These properties led to enhanced interactions between PMEET and SWCNT, evidenced by UV–vis absorption and Raman spectroscopies. The optimized PMEET/SWCNT composite film showed a high electrical conductivity of 699 S cm−1, which is three times higher than that of P3HT/SWCNTs (219 S cm−1). This enhanced electrical conductivity of PMEET/SWCNT led to a twice-higher power factor (121 μW m−1 K−2) than that of P3HT/SWCNT composite film (65 μW m−1 K−2). This work provides a feasible platform for optimizing the thermoelectric property of conducting polymer composites via side-chain engineering.

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