聚苯胺-碳納米管復(fù)合材料的制備及熱電性能研究.pdf

1、聚苯胺（PANI）作為一種導(dǎo)電聚合物材料，由于具有制備簡單、資源豐富、易加工、價(jià)格低廉、摻雜機(jī)制獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)，成為聚合物熱電材料的研究熱點(diǎn)，但目前聚苯胺的熱電性能仍偏低。本文采用化學(xué)氧化法分別在水溶液和水-丙酮溶液中制備摻雜態(tài)聚苯胺，通過改變復(fù)合氧化劑中過硫酸銨(APS)和重鉻酸鉀(PDS)的濃度配比，研究聚苯胺形貌、結(jié)構(gòu)及熱電性能的變化；并考察了碳納米管長度和直徑尺寸以及聚苯胺包覆碳納米管的摻入量對聚苯胺復(fù)合材料形貌、結(jié)構(gòu)及熱電性能的影

2、響。
　　研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)復(fù)合氧化劑中APS與PDS的摩爾比為7.5:1時(shí)，水-丙酮溶液中合成聚苯胺的電導(dǎo)率得到明顯改善，60℃左右達(dá)到最大值2190 S/m，但Seebeck系數(shù)有所下降；與APS相比，使用復(fù)合氧化劑制備的聚苯胺的熱導(dǎo)率略有升高，且水-丙酮溶液中合成聚苯胺的熱導(dǎo)率要高于相同條件下水溶液中合成聚苯胺的熱導(dǎo)率；當(dāng)復(fù)合氧化劑中APS與PDS的摩爾比為7.5:1時(shí)，水溶液中合成PANI的ZT值在150℃達(dá)到最大值1.09×1

3、0-3，比單一氧化劑APS合成的PANI提高了約11％。
　　碳納米管具有優(yōu)良的力學(xué)和電學(xué)性能，聚苯胺與碳納米管復(fù)合可以明顯改善聚苯胺的熱電性能。將5種長度和直徑尺寸不同的碳納米管與苯胺單體原位聚合制備聚苯胺/碳納米管(PANI/CNT)復(fù)合材料，并分別標(biāo)記為PANI/CNT1、PANI/CNT2、···PANI/CNT5，研究碳納米管長度、直徑尺寸以及碳納米管羧基化對(PANI/CNT)復(fù)合材料形貌、結(jié)構(gòu)及熱電性能的影響。結(jié)果表

4、明，羧基化的碳納米管與苯胺單體原位聚合制備的PANI/CNT4復(fù)合材料形貌較為均勻有序；長度L5=10-30μm、直徑D5=10-20 nm的CNT5與苯胺單體原位聚合制備的PANI/CNT5復(fù)合材料的電導(dǎo)率最高，在60℃時(shí)可達(dá)2650 S/m，較水溶液中合成的PANI(APS:PDS=7.5:1)提高了2.1倍；長度L4=10-20μm、直徑D4=30-50 nm的羧基化碳納米管CNT4與與苯胺單體原位聚合制備的PANI/CNT4復(fù)合

5、材料的ZT值在180℃達(dá)到2.05×10-3，較PANI提高了89.8%。
　　碳納米管由于存在較強(qiáng)的范德華力，非常容易團(tuán)聚。通過原位聚合法分別在鹽酸、硫酸和混酸(硫酸與磺基水楊酸的摩爾比為4:1)溶液中制備了聚苯胺包覆碳納米管PCNT、PCNT-SA和PCNT-MA。SEM照片顯示，與CNT相比，聚苯胺包覆碳納米管的分散性得到明顯改善。
　　向PANI中摻入一定量的PCNT，通過機(jī)械球磨法進(jìn)一步制備聚苯胺/聚苯胺包覆碳納米

6、管(PANI/PCNT)復(fù)合材料，研究PCNT摻入量對PANI/PCNT復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)及熱電性能的影響。結(jié)果表明，PCNT的摻入使得復(fù)合材料Seebeck系數(shù)明顯增大，其中PCNT摻入量為30 wt%制備的復(fù)合材料 PANI/PCNT-30%的Seebeck系數(shù)最大，180℃時(shí)可達(dá)34.9μV/K；PCNT摻入量為20 wt%制備的復(fù)合材料PANI/PCNT-20%的ZT值在180℃達(dá)到最大值2.21×10-3，較PANI提高了1