Materiały kompozytowe oparte na PEDOT : PSS z dodatkiem nanoproszków $Cu_{12+x}Sb_{4}S_{13}$ dla zastosowań termoelektrycznych

Abstract

W pracy opracowano kompozyty przewodzącego polimeru PEDOT:PSS z dodatkiem nietoksycznych nanocząstek tetraedrytu $Cu_{12+x}Sb_{4}S_{13}$ jako materiały termoelektryczne przeznaczone do zastosowań w elastycznej elektronice. Zakres badań obejmował optymalizację właściwości polimeru, syntezę nanocząstek $Cu_{12+x}Sb_{4}S_{13}$ nową metodą solwotermalną oraz przygotowanie kompozytów i charakterystykę ich właściwości strukturalnych i termoelektrycznych. Opracowano materiały w postaci warstw na podłożach szklanych, pastylek otrzymanych metodą PECS (spiekanie wspomagane prądem) oraz elastycznych filmów wolnostojących. Wykazano, że dodatek tetraedrytu zwiększa współczynnik Seebecka i obniża przewodnictwo cieplne, co prowadzi do poprawy parametru ZT (0.12 w 473 K). Dodatkowe wprowadzenie nanorurek węglowych umożliwiło uzyskanie kompozytów trójskładnikowych o lepszych właściwościach termoelektrycznych. Wykonany prototyp generatora termoelektrycznego potwierdził potencjał aplikacyjny opracowanych materiałów jako elastycznych i przyjaznych środowisku źródeł energii. In this work, composites based on the conductive polymer PEDOT:PSS with the n addition of non-toxic $Cu_{12+x}Sb_{4}S_{13}$ tetrahedrite nanoparticles were developed as thermoelectric materials intended for applications in flexible electronics. The research scope included optimization of the polymer properties, synthesis of $Cu_{12+x}Sb_{4}S_{13}$ nanoparticles using a novel solvothermal method, and fabrication of composites followed by structural and thermoelectric characterization. The materials were prepared in the form of thin films on glass substrates, pellets obtained by the PECS method (Pulsed Electric Current Sintering), and flexible free-standing films. It was demonstrated that the addition of tetrahedrite increases the Seebeck coefficient and reduces thermal conductivity, leading to an improvement in the thermoelectric figure of merit ZT (0.12 at 473 K). The incorporation of carbon nanotubes enabled the fabrication of ternary composites with enhanced thermoelectric performance. A prototype thermoelectric generator confirmed the application potential of the developed materials as flexible and environmentally friendly energy sources.