Thermal Conductivity And Advanced Optical Characterization of PEDOT:PSS Based Films
Actualment, més de la meitat de l'energia primària dels combustibles fòssils es perd a tot el món com a calor residual. Reciclar eficaçment aquesta calor residual és útil per superar la crisi energètica mundial. Els dispositius termoelèctrics poden realitzar directament la conversió bidireccion...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de documento: | tese |
| Estado: | Versão publicada |
| Data de publicação: | 2022 |
| País: | España |
| Recursos: | CBUC, CESCA |
| Repositório: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/687662 |
| Acesso em linha: | http://hdl.handle.net/10803/687662 |
| Access Level: | Acceso aberto |
| Palavra-chave: | PEDOT:PSS Propietats òptiques Propiedades ópticas Optical properties Conductivitat tèrmica Conductividad térmica Thermal conductivity Ciències Experimentals 535 |
| Resumo: | Actualment, més de la meitat de l'energia primària dels combustibles fòssils es perd a tot el món com a calor residual. Reciclar eficaçment aquesta calor residual és útil per superar la crisi energètica mundial. Els dispositius termoelèctrics poden realitzar directament la conversió bidireccional entre electricitat i calor i per això ofereixen un enfocament prometedor per a resoldre el dilema energètic. Els materials termoelèctrics d'alt rendiment requereixen una conductivitat elèctrica i un coeficient Seebeck alts i una baixa conductivitat tèrmica. En comparació amb els materials orgànics, els materials inorgànics convencionals solen ser més eficients per a la conversió d'energia a causa d'una conductivitat elèctrica i coeficient Seebeck alts. No obstant això, la seva elevada conductivitat tèrmica, l'alt cost, la fragilitat i la toxicitat en limiten el desenvolupament. Els materials orgànics han atret una gran atenció a causa dels seus avantatges, com ara la seva conductivitat tèrmica intrínsecament baixa, l'abundància de matèries primeres, el baix pes, la facilitat de processament i la seva flexibilitat. En aquesta tesi presentem un estudi de les propietats òptiques i termoelèctriques de les pel·lícules primes de PEDOT:PSS. Al Capítol 1, oferim una descripció general dels fonaments de la termoelectricitat, proporcionant les principals equacions per descriure la conversió d'energia termoelèctrica. Al Capítol 2, destaquem diversos mètodes de fabricació de pel·lícules de PEDOT:PSS. A més, es presenta la metodologia de preparació de pel·lícules híbrides de ZnO/PEDOT:PSS i GQDs/PEDOT:PSS. Al Capítol 3 s'introdueixen els fonaments dels diferents mètodes de caracterització òptica i termoelèctrica utilitzats al llarg d'aquesta tesi. El Capítol 4 presenta les propietats òptiques de diverses pel·lícules de PEDOT:PSS obtingudes per drop casting i blade coating. Es discuteixen les diferències observades en els espectres òptics que provenen dels diferents continguts de PSS, així com de la influència del tractament amb DMSO. S'investiga l'anisotropia òptica dels índexs de refracció complexos que prové de la disposició preferent en el pla de les cadenes principals de PEDOT i es relaciona amb canvis estructurals detectats mitjançant espectroscòpia Raman. Finalment, també s'estudia la morfologia de les pel·lícules primes arribant a deduir que no sols els canvis estructurals locals de la conformació de cada cadena són importants en la interpretació dels espectres Raman, sinó també la morfologia general de les pel·lícules compostes dePEDOT i PSS. En el Capítol 5, ens centrem en les propietats òptiques i tèrmiques de pel·lícules primes de PEDOT:PSS obtingudes mitjançant blade coating. Per tal d'ajustar la conductivitat tèrmica de les pel·lícules de PEDOT:PSS, es van seguir dues estratègies: (i) Fabricar pel·lícules de PEDOT:PSS amb gradients de gruix. Les mostres estudiades eren dipositades sobre portaobjectes de vidre i el gruix de la pel·lícula fina de PEDOT:PSS canviava al llarg de la direcció de deposició. Es demostra que la conductivitat tèrmica de les pel·lícules de PEDOT:PSS (AI 4083) disminueix notablement en augmentar el gruix de la pel·lícula, la qual cosa es correlaciona amb el canvi en la distribució de les longituds de conjugació del polímer. (ii) Barrejar PEDOT:PSS amb nanocristalls de ZnO i grafè (GQDs). En aquest cas, s'aborda la influència de la concentració de nanopartícules en la conductivitat tèrmica. A més, s'investiguen les propietats òptiques de les pel·lícules primes de PEDOT:PSS barrejades amb dispersions de nanocristalls de ZnO i GQDs mitjançant el·lipsometria espectroscòpica. Les dades s'analitzen en el marc de l'aproximació de Drude, on els paràmetres ajustats amb el model de Drude proporcionen informació afegida sobre la influència de la concentració de nanopartícules a les propietats elèctriques. També es fa servir l'aproximació de mitjà efectiu de Bruggeman per ajustar la relació del volum relatiu dels components de les pel·lícules GQDs/PEDOT:PSS. |
|---|