Análise das propriedades termoelétricas de filmes contendo diferentes concentrações de polímero condutor

Abstract

A crescente busca por fontes de energia renováveis tem impulsionado a pesquisa e desenvolvimento de materiais termoelétricos capazes de se aproveitar de calor residual de outras fontes, para gerar energia elétrica. A utilização de polímeros condutores é uma alternativa promissora para a fabricação destes materiais, substituindo materiais inorgânicos comumente usados, pois apresenta baixo impacto ambiental, permite a produção de dispositivos flexíveis, fácil processabilidade e baixo custo. Neste trabalho foram produzidos filmes poliméricos com concentrações de polímero condutor variando de 10% a 90% depositados por serigrafia. Foram realizadas caracterizações elétricas em temperatura ambiente, em função da temperatura na faixa de 80K a 300K, na caracterização em temperatura ambiente foi verificado que a resistência de folha do material varia de (111 ± 4) Ω/Sq até (3300 ± 300) Ω/Sq, com a caracterização em diferentes temperaturas foi observado que o material apresentou um comportamento de acordo com o modelo teórico de transporte de carga Variable Range Hopping tridimensional (VRH-3D). Para caracterização do coeficiente de Seebeck das amostras foi desenvolvido um aparato experimental e foram obtidos coeficientes de Seebeck entre 26,8 μV/K e 22,3 μV/K, além disso essa caracterização permitiu comparar os dados obtidos com o modelo de salto dos portadores de carga (VRH) e pode-se inferir que esse fenômeno tem forte influência no coeficiente de Seebeck. Com esses resultados pôde-se observar como a concentração de material condutor nos filmes influencia as propriedades termoelétricas das amostras estudadas.

The growing search for renewable energy sources has driven the research and development of thermoelectric materials capable of harnessing residual heat from other sources to generate electrical energy. The use of conductive polymers is a promising alternative for the fabrication of these materials, replacing commonly used inorganic materials, as it presents low environmental impact, allows for the production of flexible devices, easy processability, and low cost. In this work, polymeric films were produced with conductive polymer concentrations ranging from 10% to 90% deposited by screen printing. Electrical characterizations were performed at room temperature and as a function of temperature in the range of 80K to 300K. In the room temperature characterization, the sheet resistance of the material was found to vary from (111 ± 4) Ω/sq up to (3300 ± 300) Ω/sq. With the characterization at different temperatures, it was observed that the material exhibited a behavior in accordance with the theoretical model of three-dimensional Variable Range Hopping (VRH-3D) charge transport. To characterize the Seebeck coefficient of the samples, an experimental apparatus was developed, and Seebeck coefficients between 26.8 μV/K and 22.3 μV/K were obtained. Furthermore, this characterization allowed for the comparison of the obtained data with the Variable Range Hopping (VRH) model, and it can be inferred that this phenomenon has a strong influence on the Seebeck coefficient. With these results, it was possible to observe how the concentration of conductive material in the films influences the thermoelectric properties of the studied samples.