一种复合湿热电纳米纤维膜及其制备方法

本发明涉及纤维膜，尤其涉及一种复合湿热电纳米纤维膜及其制备方法。背景技术：1、为解决石油、煤和天然气等一次能源的日渐消耗和生态环境污染问题，开发和利用新型能源材料迫在眉睫。现有技术中，常采用的丝网印刷技术、电沉积法、旋涂法、滴铸法等方法制备一种可实现温差发电的纤维膜，其原理是将热电材料应用于纤维薄膜之中，热电材料通过固体材料内部的载流子（包括电子e和空穴h）的传输实现热能与电能相互转换，最终实现温差发电的技术效果，是一种绿色环保的能量转换的产品。2、而现有技术中，通过温差在纤维膜中实现热能与电能的转换，不仅会导致纤维薄膜的发电技术单一，也会造成纤维膜发电具有局限性，使得纤维膜发电只能依赖于温差，造成纤维膜产生电性能的途径具有局限性。技术实现思路1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合湿热电纳米纤维膜及其制备方法，本发明获得纳米纤维膜可以同时实现温差发电和湿气发电技术效果，具有较好的电性能。2、本发明提供了一种复合湿热电纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：3、步骤s1：将3,4-乙烯二氧噻吩和吡咯溶解在掺杂剂中，逐滴加入氧化剂，聚合反应，固液分离，干燥，获得复合纳米颗粒；4、步骤s2：将含有复合纳米颗粒的溶液与碲化铋(bi2te3)溶液混合，制备成分散液进行静电纺丝，获得热电纳米纤维薄膜；5、步骤s3：将聚电解质溶液采用静电纺丝的方式喷射在热电纳米纤维薄膜上，获得复合湿热电纳米纤维膜。6、进一步的，所述氧化剂包括过硫酸盐、含有铁离子的盐中的一种或多种。7、进一步的，所述过硫酸盐包括过硫酸铵、过硫酸钠中的一种或多种。8、进一步的，所述含有铁离子的盐包括氯化铁、硫酸铁中的一种或多种。9、进一步的，所述掺杂剂包括含有磺酸根离子的化合物。10、进一步的，所述含有磺酸根离子的化合物包括聚苯乙烯磺酸、对甲苯磺酸中的一种或多种。11、进一步的，以质量计，所述3,4-乙烯二氧噻吩和吡咯的质量比为1-3:1。12、进一步的，所述3,4-乙烯二氧噻吩在掺杂剂中的摩尔浓度为0.3mol/l-0.8mol/l。13、进一步的，所述聚合反应的条件包括：温度为-15℃~-24℃，时间为48h-96h。14、进一步的，所述聚合反应为2次，当进行第一次的聚合反应后，将聚合反应后的溶液在常温下进行解冻2.5h-3.5h，然后再进行第二次的聚合反应，第二次的聚合反应的条件和第一次的聚合反应的条件相同。15、进一步的，为了促进在低温下聚合反应的充分性，因此，还可以在进行聚合反应前，充分的使将进行聚合反应的溶液能均匀混合，可以采用搅拌的方式。16、进一步的，所述干燥的温度为58℃-62℃，干燥的时间为1h-2h。17、进一步的，考虑固液分离的效果问题，本领域技术人员可以采用真空抽滤的方式进行。18、进一步的，碲化铋溶液的制备，将碲化铋溶于无水乙醇中获得。19、进一步的，所述碲化铋溶液的质量浓度为15%-25%，所述含有复合纳米颗粒的溶液的质量浓度为1.5%-3%。20、进一步的，将含有复合纳米颗粒的溶液与碲化铋溶液混合后，以质量计，所述碲化铋与复合纳米颗粒的质量比为1:1-6。21、进一步的，所述步骤s2中的静电纺丝的参数具体为：电压为16kv-24kv，纺丝速度为1ml/h-3ml/h，接收距离为15cm-20cm。22、进一步的，所述聚电解质溶液的质量浓度为10%-30%。23、进一步的，所述聚电解质溶液的制备方法包括：将聚电解质溶于去离子水中。24、进一步的，所述聚电解质溶液中的聚电解质包括聚苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸、海藻酸钠、羟甲基纤维素、聚乙烯亚胺中一种或多种。25、进一步的，所述聚电解质溶液中的聚电解质为海藻酸钠。26、进一步的，所述步骤s3中的静电纺丝的参数具体为：电压为16kv-24kv，纺丝速度为1ml/h-3ml/h，接收距离为15cm-20cm。27、本发明还提供了所述复合湿热电纳米纤维膜的制备方法获得的复合湿热电纳米纤维膜。28、进一步的，所述复合湿热电纳米纤维膜的比表面积为18m2/g-26m2/g，孔隙率为75%-85%。29、本发明实施例具有以下技术效果：30、1.首先本发明获得复合湿热电纳米纤维膜具有合适的比表面积和孔隙率，保证了纤维膜结构稳定的基础上，本发明的纤维膜还同时具有湿气发电和温差发电的发电能力，在5℃-50℃的温差和30%-90%的湿度差的条件下，输出电压为0.5v-1.2v，电流为50μa-200μa。31、2.在本发明中，3,4-乙烯二氧噻吩和吡咯溶解聚合反应后形成了聚3,4-乙烯二氧噻吩和聚吡咯，聚3,4-乙烯二氧噻吩和聚吡咯具有可调节的电导率；此外，bi2te3具有高的电导率和塞贝克系数，能提升纤维膜的电导率、机械柔韧性和湿热电发电能力，机械柔韧性的提升也有利于为聚电解质溶液在热电纳米纤维薄膜表面形成一层湿差发电结构奠定基础，有利于提升最终获得的复合湿热电纳米纤维膜的结构稳定，保证了本发明复合湿热电纳米纤维膜温差发电和湿差发电的稳定性。32、3.在本发明的方法中，为了实现本发明的复合湿热电纳米纤维膜在具有结构稳定的基础上，同时具有湿气发电和温差发电的发电能力。因此，在发明中，对纤维膜的比表面积和孔隙率进行了进一步的设计。一方面需要考虑是否能在纤维膜的两端形成温差和湿度差，另一方面则需要考虑纤维膜的机械强度，孔道结构的稳定性，从而有利于在纤维膜上形成稳定的湿度差。首先是对热电纳米纤维薄膜形成的孔隙率和比表面积进行调整，热电纳米纤维薄膜作为形成湿差发电的基础，保证结构的稳定性，需要合适的机械强度，实现孔道结构的稳定，是实现纤维膜湿差发电的重要组成部分。其次是聚电解质溶液通过静电纺丝在热电纳米纤维薄膜形成了一层湿差发电结构，这层结构首先是纤维膜实现湿差发电的重要组成部分，对形成这层结构的孔隙率、比表面积和原材料进行了选择，不仅有利于在纤维膜两端形成30%-90%的湿度差，从而有利于实现湿差发电；而且，还使得两层结构之间具有较高的连接，使得纤维膜最终同时具有温差和湿差发电。技术特征：1.一种复合湿热电纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化剂包括过硫酸盐、含有铁离子的盐中的一种或多种；3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以质量计，所述3,4-乙烯二氧噻吩和吡咯的质量比为1-3:1；4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的条件包括：温度为-15℃~-24℃，时间为48h-96h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碲化铋溶液的质量浓度为15%-25%，所述复合纳米颗粒的质量浓度为1.5%-3%；所述聚电解质溶液的质量浓度为10%-30%；6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中的静电纺丝的参数具体为：电压为16kv-24kv，纺丝速度为1ml/h-3ml/h，接收距离为15cm-20cm。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚电解质溶液中的聚电解质包括聚苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸、海藻酸钠、羟甲基纤维素、聚乙烯亚胺中一种或多种。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中的静电纺丝的参数具体为：电压为16kv-24kv，纺丝速度为1ml/h-3ml/h，接收距离为15cm-20cm。9.权利要求1-8任一项所述的复合湿热电纳米纤维膜的制备方法获得的复合湿热电纳米纤维膜。10.根据权利要求9所述的复合湿热电纳米纤维膜，其特征在于，所述复合湿热电纳米纤维膜的比表面积为18m2/g-26m2/g，孔隙率为75%-85%。技术总结本发明涉及纤维膜技术领域，公开了一种复合湿热电纳米纤维膜及其制备方法，包括如下步骤：将3,4‑乙烯二氧噻吩和吡咯溶解在掺杂剂中，逐滴加入氧化剂，聚合反应，固液分离，干燥，获得复合纳米颗粒；将含有复合纳米颗粒的溶液和碲化铋溶液混合，制备成分散液进行静电纺丝，获得热电纳米纤维薄膜；将聚电解质溶液采用静电纺丝的方式喷射在热电纳米纤维薄膜上，获得复合湿热电纳米纤维膜。本发明获得纳米纤维膜具有较高的孔隙率、比表面积，同时具有温差发电和湿气发电技术效果。技术研发人员：肖琪,高哲,彭佳佳,瞿静,谢恩浩,郭林雯,王卫福,许明杰,沈兴兰受保护的技术使用者：常熟理工学院技术研发日：技术公布日：2024/8/13