Caracterização termoelétrica de polímeros condutores a base de PEDOT:PSS
Carregando...
Data
Autores
Orientador
Gozzi, Giovani 
Coorientador
Pós-graduação
Física - IGCE
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Os polímeros condutores, especialmente os materiais a base de PEDOT:PSS desempenham relevante papel na tecnologia visto as possibilidades associadas à sua condutividade elétrica, flexibilidade, leveza e facilidade de processamento. Demonstram adicionalmente alto potencial para utilização em dispositivos de transporte e troca de calor ou até mesmo como geradores de energia termoelétrica. Os desafios e oportunidades com novos materiais baseados no PEDOT:PSS podem ser substancialmente atingidos buscando a melhoria do desempenho termoelétrico destes. Neste trabalho investigamos as propriedades termoelétricas de polímeros confeccionados a base de PEDOT:PSS através da caracterização termoelétrica de filmes finos destes materiais em diversas concentrações de fase condutora combinadas em solução de aditivos. A pretensão foi determinar efetivamente o valor do coeficiente Seebeck (S) que é o termo mais contundente na expressão do fator de potência termoelétrica (PF), que por sua vez é o parâmetro que denota o desempenho e a capacidade de utilização dos materiais termoelétricos. Para determinar os valores de S desenvolvemos um aparato instrumental de coleta de medidas termoelétricas para atender apropriadamente as características dimensionais dos finos filmes submetidos aos gradientes de temperatura. A pesquisa adotou adicionalmente o recurso termográfico com câmera térmica de alta resolução para investigar o comportamento do gradiente de temperatura ao longo do material e sua influência na variação de S. Os resultados mostraram a baixa influência do gradiente de temperatura na composição de S para filmes com ordem de grandeza superiores a 23 mm de comprimento. Em complemento à investigação, foi analisado o comportamento da corrente elétrica passante pelos materiais condutores em função da tensão aplicada (IxV) medidos em diversas temperaturas, possibilitando correlacionar o modo de transporte de cargas dos materiais ao modelo variable range hopping (VRH). Na análise global dos resultados a pesquisa levou ao entendimento que os polímeros condutores estudados apresentam variações no valor de S relacionados não só ao percentual de concentração de fase condutora, mas também ao dimensionamento e a faixa de temperatura de aplicação desses materiais. O Valor de S para as distintas concentrações em temperaturas próximas a temperatura ambiente ficou entre 22 μV/K e 27 μV/K, valor esse que supera o S de importantes condutores como o Ferro e o Cobre.
Resumo (português)
Conductive polymers, especially PEDOT:PSS-based materials, play a significant role in technology due to the possibilities associated with their electrical conductivity, flexibility, lightness, and ease of processing. They also demonstrate high potential for use in heat transport and exchange devices, or even as thermoelectric energy generators. The challenges and opportunities with new PEDOT:PSS-based materials can be substantially achieved by seeking improvements in their thermoelectric performance. In this work, we investigated the thermoelectric properties of polymers made from PEDOT:PSS through the thermoelectric characterization of thin films of these materials at various concentrations of the conductive phase, combined in additive solutions. The objective was to effectively determine the value of the Seebeck coefficient (S), which is the most significant term in the expression of the thermoelectric power factor (PF), the parameter that denotes the performance and usability of thermoelectric materials. To determine the S values, we developed an instrumental apparatus for collecting thermoelectric measurements designed to properly accommodate the dimensional characteristics of thin films subjected to temperature gradients. Additionally, thermographic analysis using a high-resolution thermal camera was employed to investigate the temperature gradient behavior along the material and its influence on the variation of S. The results showed a low influence of the temperature gradient on the composition of S for films with lengths greater than approximately 23 mm. In addition to this investigation, the electrical current behavior through the conductive materials as a function of the applied voltage (I×V) was analyzed at different temperatures, allowing correlation of the charge transport mechanism of the materials with the variable range hopping (VRH) model. From the overall analysis of the results, the study led to the understanding that the conductive polymers examined exhibit variations in the S value related not only to the percentage of the conductive phase concentration but also to the dimensional characteristics and the temperature range of application of these materials. The S values for the different concentrations at temperatures close to room temperature ranged between 22 μV/K and 27 μV/K — values that surpass those of important conductors such as iron and copper.
Descrição
Palavras-chave
Termoeletricidade, Coeficiente seebeck, Polímeros condutores, PEDOT:PSS, Thermoelectricity, Seebeck coefficient, Conductive polymers
Idioma
Português
