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(jiǎn)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(guò)改變復(fù)合氧化劑中過(guò)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(zhǎng)度和直徑尺寸以及聚苯胺包覆碳納米管的摻入量對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)度、直徑尺寸以及碳納米管羧基化對(duì)(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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(duì)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