Strategies for Improving the Thermoelectric Properties of Conductive Polymers and Polymer Based Compounds
Virgil Andrei hat sein Masterstudium in Chemie an der Humboldt-Universität zu Berlin absolviert. Für seine Masterarbeit wurde er mit dem Humboldt-Preis 2017 ausgezeichnet.
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Zusammenfassung
Ein zentraler Teil dieser Klasse von Materialien sind die elektrisch leitfähigen Polymere, die aus konjugierten molekularen Drähten bestehen. Wegen ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit, Durchsichtigkeit und Flexibilität gelten diese als perfekte Kandidaten für die neuesten Technologien, wie zum Beispiel ultra-dünne OLED Bildschirme, medizinische Sensoren, oder flexible organische Solarzellen. Solche Verbindungen sind zudem auch besonders gut für thermoelektrische Generatoren geeignet, wo unter Nutzung von Temperaturunterschieden elektrischer Strom erzeugt wird. Wegen dieser Vielfältigkeit der möglichen Anwendungen fand ich es besonders spannend, die physiko-chemischen Eigenschaften solcher leitfähigen Polymere zu untersuchen.
Um ein vollständiges Verständnis solcher Verbindungen zu erlangen, wurden mehrere Hauptrichtungen in meiner Masterarbeit beschrieben. Ein experimenteller Aufbau wurde entwickelt, damit sowohl Dünnfilm- als auch größere Proben untersucht werden können. Es wurde zunächst beobachtet, dass die elektrische Leitfähigkeit der PEDOT:PSS Polymer Filme von ihrer Schichtdicke abhängt.
Im Zusammenhang mit weiteren Messungen konnten diese Beobachtungen zu einem Mechanismus führen, der viele bislang widersprüchliche Literaturergebnisse erklären konnte. Weitere Verbesserungen und ungewöhnliche Eigenschaften wurden zusätzlich zum ersten Mal beobachtet als komplementäre Polymerschichten aus PEDOT:PSS und PANI abwechselnd hergestellt wurden. Die Anwendbarkeit beider Strategien für die Dünnschichtherstellung wurde auch im Fall von Faser-Komposita bewiesen, die als Teil stromerzeugender Bekleidung genutzt werden könnten. Schließlich wurde untersucht, wie gut solche Polymere mit anderen umweltfreundlichen Oxiden oder mit hochleitfähigen Kohlenstoffnanoröhrchen in komplexen Mischungen wechselwirken. Damit wurde es letztendlich möglich, über den akademischen Forschungsrahmen hinauszuschauen und das herausragende Potenzial der leitfähigen Polymere für erneuerbare Energieanwendungen zu beweisen.