聚苯胺納米復(fù)合材料的制備及熱電性能研究.pdf

1、熱電材料，是一類能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能之間直接轉(zhuǎn)換的特殊功能材料，在溫差電致冷和溫差發(fā)電方面都具有重要的應(yīng)用前景。目前研究的熱電材料，絕大多數(shù)均為無機(jī)半導(dǎo)體，原料昂貴，并且加工困難,熱電性能提高相對(duì)困難。與無機(jī)半導(dǎo)體熱電材料相比，導(dǎo)電聚合物不僅原料價(jià)廉易得，加工簡(jiǎn)單，而且熱導(dǎo)率極低，是目前熱電材料研究的熱點(diǎn)。但是，導(dǎo)電聚合物的電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)較低，限制了導(dǎo)電聚合物作為熱電材料的發(fā)展。所以，如何改善導(dǎo)電聚合物的電導(dǎo)率和Seebeck

2、系數(shù)已成為提高導(dǎo)電聚合物熱電性能的關(guān)鍵問題。
　　 導(dǎo)電聚合物中聚苯胺結(jié)構(gòu)多樣化，具有良好的穩(wěn)定性，是研究最多的聚合物熱電材料。本文以導(dǎo)電聚合物聚苯胺及其復(fù)合材料為主要研究對(duì)象，采用XRD、FT-IR、FESEM、TEM等手段對(duì)聚苯胺納米復(fù)合材料的粉末和塊體進(jìn)行了物相和形貌表征，研究了質(zhì)子酸摻雜和無機(jī)納米復(fù)合對(duì)聚苯胺熱電性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1)通過化學(xué)氧化法制備本征態(tài)聚苯胺，采用無機(jī)質(zhì)子酸（鹽酸）和有

3、機(jī)質(zhì)子酸（樟腦磺酸）分別對(duì)本征態(tài)聚苯胺進(jìn)行摻雜，研究了質(zhì)子酸含量對(duì)聚苯胺熱電性能的影響，探討了質(zhì)子酸摻雜的機(jī)制。結(jié)果表明:聚苯胺的電導(dǎo)率隨著質(zhì)子酸濃度的增大而增加，電導(dǎo)率增加的主要原因是質(zhì)子酸中氫質(zhì)子轉(zhuǎn)移至聚苯胺分子鏈上，使亞胺上的氮原子發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)，生成載流子，而且氮原子上的正電荷離域到大共軛π鍵中，π電子離域作用增強(qiáng)。
　　 (2)采用一種新的超低溫機(jī)械冷凍研磨法制備了本征態(tài)聚苯胺/多壁碳納米管復(fù)合材料，對(duì)復(fù)合材料的微觀形

4、貌和熱電性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明:冷凍研磨法會(huì)大大提高碳納米管在聚苯胺基體中的分散度，且碳納米管的加入會(huì)提高復(fù)合材料的電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)。復(fù)合材料的電導(dǎo)率隨著碳管含量的增加而上升，熱導(dǎo)率增幅不大，電導(dǎo)率增加的主要原因是多壁碳納米管與聚苯胺分子間存在強(qiáng)烈的π-π相互作用，而且碳管分散度的提高，增大了碳管與聚苯胺分子的接觸面積，使得碳管表面與聚苯胺分子的π-π共軛相互作用增強(qiáng)，載流子在聚苯胺分子鏈內(nèi)和鏈間的躍遷活躍能降低，電導(dǎo)率提高;

5、碳管與聚苯胺間的納米界面，有助于聲子散射，降低熱導(dǎo)。
　　 (3)采用液相法制備了一維的納米材料銅納米線，并通過原位氧化聚合法和超聲混合法初步對(duì)聚苯胺/銅納米線復(fù)合材料的制備進(jìn)行了探討，對(duì)產(chǎn)物的微觀形貌和熱電性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:水熱反應(yīng)24h銅納米線的形貌最佳，暴露在空氣中銅納米線易被氧化。原位氧化聚合法合成聚苯胺/銅納米線復(fù)合材料可行，反應(yīng)時(shí)間為4-5h，樣品電導(dǎo)率最大值是1.5×103S/m，且樣品的電導(dǎo)率隨著溫度的升