聚酰胺彈性體摻雜改性及其熱電性能研究.pdf

1、能源是人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)，而綠色環(huán)保的新型能源將是未來能源發(fā)展的方向。其中，熱電發(fā)電機(jī)采用一種環(huán)保的能源采集技術(shù)，可以將溫差直接轉(zhuǎn)換成電能。本文探索研究了一種未在熱電領(lǐng)域有過相關(guān)報道，柔韌性好且已工業(yè)化生產(chǎn)的聚合物材料-聚醚嵌段酰胺(PEBA)的熱電性能。PEBA是由結(jié)晶態(tài)聚酰胺(PA)和無定形的聚醚(PE)嵌段聚合而成，賦予了PEBA很多介于熱塑性塑料和橡膠之間的獨(dú)特性能。本文通過對PEBA的摻雜改性，制備了以PEBA為基質(zhì)的柔性熱電

2、薄膜材料。具體研究內(nèi)容如下:
　　1、首先對PEBA的成膜方式進(jìn)行了優(yōu)選，最終確定了溶劑蒸發(fā)的成膜方式。通過對PEBA進(jìn)行LiClO4摻雜制備了PEBA-Li+復(fù)合膜。對摻雜前后的PEBA膜進(jìn)行表征，證實(shí)了由于Li+與PEBA軟段中的醚氧鍵([EO])的絡(luò)合作用，誘導(dǎo)了PEBA軟、硬段發(fā)生微相分離。這將有利于軟鏈段的運(yùn)動和離子的傳輸，從而改善PEBA的導(dǎo)電性能。形貌特征表明，PEBA-Li+復(fù)合膜的斷層形貌從摻雜前的無序微觀形貌轉(zhuǎn)

3、變?yōu)橛行虻膶訝钚蚊?，并由斷裂的分子鏈相連接形成網(wǎng)絡(luò)。通過對摻雜前后PEBA膜的導(dǎo)電性能的測試，證明[EO]∶[Li+]值為12時，復(fù)合膜的電導(dǎo)率由10-10S·m-1提升到了10-6S·m-1。
　　2、采用超高純的P型碳納米管(CNT)進(jìn)行摻雜復(fù)合，以鋰鹽摻雜的PEBA為基質(zhì)，首先制備了P型的PEBA-CNT雙層異質(zhì)膜(BHF)。之后，采用二亞乙基三胺(DETA)對CNT進(jìn)行了氮摻雜改性，制備了N型的DETA-CNT，從而制備了

4、N型的PEBA-CNT BHF。通過SEM、TEM形貌表征，發(fā)現(xiàn)DETA-CNT的無序度增加，出現(xiàn)彎曲、凸起的竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)。結(jié)合FTIR-ATR、XRD、RAMAN等表征手段，證實(shí)了DETA-CNT石墨化程度降低，CNT由P型轉(zhuǎn)化為N型。通過對兩種BHF上(T)、下(B)層一系列的表征，發(fā)現(xiàn)T層為聚合物層，B層為CNT層。P型BHF的導(dǎo)電率和賽貝克系數(shù)(溫差為20K)分別為456S·m-1和36.88μV·K-1，N型BHF分別為492S

5、·m-1和-33.25μV·K-1?；谏鲜鰞煞NPEBA-CNT BHFs，我們又設(shè)計(jì)了一種高效的熱電轉(zhuǎn)化器件。當(dāng)電路中交替串聯(lián)3組元件，且器件兩端溫差為60K時，熱電開路電壓可以達(dá)到120mV。
　　3、最后采用原位聚合的方式制備了GOx-PA6(x為GO的含量)復(fù)合材料。通過SEM、FTIR-ATR、XRD、DSC等表征手段，證實(shí)成功制備了GOx-PA6復(fù)合材料，在聚合過程中GO被還原成石墨烯(RGO)。其SEM圖中可以看到石

6、墨烯包裹著聚合物的明亮條紋，隨x的增加，GOx-PA6體系中明亮的條紋逐漸增多，并發(fā)生了彎曲。以GOx-PA6為摻雜物，可以同時引入導(dǎo)電相RGO和PEBA的兼容相PA6，制備了PEBA-GOx-PA6復(fù)合膜。SEM結(jié)果表明，隨著摻雜物GOx-PA6中x的增加，條紋逐漸變得明亮，彎曲程度明顯增加，這有利于搭建更加有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而改善PEBA基質(zhì)的導(dǎo)電性能。對PEBA-GOx-PA6復(fù)合膜進(jìn)行導(dǎo)電性能測試，結(jié)果表明，當(dāng)GO含量為0.6％