有机热电:从材料到器件

有机热电是有机电子学和能源领域的交叉前沿研究方向之一，自2010年以来取得快速发展。作为快速起步的新兴研究方向，有机热电材料与器件缺乏聚焦该方向的专著。本书围绕分子体系的热电能量转换过程、机制、功能与应用，系统阐述有机热电领域的发展机遇、现状与挑战，对推动该领域的快速发展具有重要学术价值。本书根据该领域的特点和自身发展现状，并结合作者多年的研究积累及对相关原始文献的解读，系统介绍有机热电材料与器件。尤其是从分子体系热电转换的基本原理与机制出发，重点介绍有机热电材料的设计策略与基本思想、有机热电器件的构建技术与集成方法，系统介绍有机热电的研究方向、前沿进展和发展趋势，期望形成对相关学科领域的系统认知。本书可以作为化学、能源、材料等专业师生学习的教材，也可作为相关领域研究人员的参考读物。

丛书序i
前言iii
第1章绪论001
1.1有机热电材料的发展概况001
1.2热电能量转换的基本效应004
1.2.1塞贝克效应004
1.2.2珀尔帖效应005
1.2.3汤姆逊效应006
1.2.4热电相关的其他效应007
1.3热电的主要性能参数008
1.3.1基本参数008
1.3.2能量转换效率与热电优值009
1.4有机热电发展的关键问题012
参考文献014
第2章有机材料的热电转换过程与机制017
2.1电荷输运017
2.1.1电荷传输基本模型019
2.1.2电荷传输机制023
2.2热输运028
2.2.1电子热导率029
2.2.2声子热导率029
2.3热电性能参数的温度依赖关系033
2.3.1电荷传输的温度依赖关系033
2.3.2热传输的温度依赖关系034
2.4能量过滤效应及量子限域效应035
2.5掺杂机制036
2.5.1常规化学掺杂037
2.5.2电化学掺杂045
2.5.3光掺杂047
2.5.4电场诱导的界面掺杂048
参考文献053
第3章p型有机热电材料060
3.1p型有机热电材料概述060
3.2共轭聚合物061
3.2.1聚噻吩类材料061
3.2.2聚苯胺类材料077
3.2.3聚吡咯类材料079
3.2.4聚咔唑类材料080
3.2.5其他共轭聚合物材料080
3.3金属有机配合物082
3.3.1金属有机配位聚合物082
3.3.2金属有机小分子配合物083
3.4有机小分子084
3.5总结086
参考文献086
第4章n型有机热电材料099
4.1n型有机热电材料概述099
4.2共轭聚合物101
4.3金属有机配合物108
4.3.1金属有机配位聚合物108
4.3.2金属有机小分子配合物112
4.4有机小分子113
4.5总结118
参考文献119
第5章复合与杂化有机热电材料124
5.1复合与杂化的基本策略与制备方法124
5.1.1基本策略125
5.1.2制备方法126
5.2基于聚噻吩的复合与杂化材料127
5.2.1基于P3HT的复合与杂化材料128
5.2.2基于PEDOT的复合与杂化材料130
5.3基于聚苯胺的复合与杂化材料138
5.4基于聚吡咯的复合与杂化材料142
5.5基于金属有机配合物的复合与杂化材料143
5.6基于碳材料的复合与杂化材料145
5.6.1碳材料的热电性能145
5.6.2基于碳材料的复合与杂化热电材料152
5.7其他有机复合与杂化材料156
5.8总结157
参考文献158
第6章有机离子热电材料与器件170
6.1离子热扩散现象170
6.1.1氧化还原活性电解质171
6.1.2非氧化还原活性电解质173
6.2有机离子热电材料与器件的性能参数174
6.2.1离子电导率174
6.2.2离子塞贝克系数175
6.2.3离子热导率175
6.2.4离子热电优值176
6.2.5离子热电超级电容器的能量转换效率与能量存储176
6.3有机离子热电材料的分类179
6.3.1有机盐溶液182
6.3.2聚合物电解质182
6.3.3离子/电子混合导体183
6.3.4离子液体184
6.4有机离子热电材料的应用进展184
6.5总结与展望186
参考文献187
第7章有机热电器件的构建与功能化190
7.1有机热电器件的结构与工作原理190
7.2热电器件性能评估方式193
7.2.1输出功率和能量转换效率193
7.2.2哈曼法测定热电优值193
7.3有机热电器件研究进展195
7.3.1热电发电器件195
7.3.2光热电器件197
7.3.3热电传感器件198
7.3.4珀尔帖制冷器件200
7.4单分子热电器件201
7.4.1单分子塞贝克效应202
7.4.2单分子珀尔帖效应204
7.5挑战与展望205
参考文献206
第8章有机热电材料的性能测试方法210
8.1电导率的测试210
8.1.1四探针法的基本原理210
8.1.2四探针法在有机样品电阻率测定中的应用212
8.2塞贝克系数的测试215
8.2.1温差创建215
8.2.2温差测量216
8.2.3塞贝克电压测试219
8.2.4误差分析220
8.3热导率的测试221
8.3.1块体材料热导率测试222
8.3.2薄膜材料热导率测试224
8.4载流子浓度和迁移率的测试233
8.4.1场效应晶体管法233
8.4.2霍尔效应法233
8.5态密度的测试235
8.5.1光电子能谱技术236
8.5.2扫描隧道谱技术238
8.6总结239
参考文献240
缩略语对照表244
物理量符号表246
索引248
彩图