聚苯胺基熱電復(fù)合材料的制備及熱電性能研究.pdf

1、熱電材料是一類利用固體內(nèi)部載流子的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)電能和熱能相互轉(zhuǎn)化的材料，在溫控、溫差發(fā)電、汽車尾氣和工業(yè)余熱的回收利用等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。聚合物材料具有本征低熱導(dǎo)率，很好的溶液加工性能，原材料來源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，因而引起了熱電領(lǐng)域研究者們的廣泛關(guān)注。其中聚苯胺作為一種易合成、易加工的導(dǎo)電聚合物，被認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ木酆衔餆犭姴牧现?。然而，目前聚苯胺材料的熱電性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用要求。為進(jìn)一步提升聚苯胺熱電性能，以

2、達(dá)到實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)，將其作為基體，引入高性能低維納米材料制備復(fù)合材料來優(yōu)化材料的熱電性能成為目前的研究熱點(diǎn)。
　　本文以碳納米管(CNTs)和還原態(tài)氧化石墨烯(RGO)作為填充模板，以導(dǎo)電聚合物聚3，4-乙烯二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)作為分散穩(wěn)定物質(zhì)均勻的分散填充物，再采用化學(xué)原位聚合的方式合成有序分子鏈結(jié)構(gòu)的PANI進(jìn)而制得三種復(fù)合材料即CNTs/PEDOT∶PSS/PANI,RGO/PEDOT∶PSS/PANI

3、與CNTs/RGO/PEDOT∶PSS/PANI。采用XRD、FE-SEM對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并測(cè)試了復(fù)合材料的電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)、熱導(dǎo)率等熱電性能參數(shù)。同時(shí)，本文也探究了填充物(CNTs/RGO)與PEDOT∶PSS的比例，填充物CNTs與RGO的比例及填充物含量對(duì)材料熱電性能的影響，得出以下結(jié)論:
　　(1)在CNTs/PEDOT∶PSS/PANI復(fù)合材料中，PEDOT∶PSS作為分散穩(wěn)定物質(zhì)，隨著其與CNTs比

4、例的的提升，CNTs分散程度得以提升，復(fù)合材料熱電性能得到一定程度的提升。當(dāng)CNTs與PEDOT∶PSS的比例達(dá)到1∶4時(shí)，最大ZT值為1.21×10-6。隨著CNTs含量的提升，填充物接觸距離減小，利于載流子傳輸，提升電導(dǎo)率。同時(shí)，由于復(fù)合材料界面的能量滲濾效應(yīng)和聲子散射效應(yīng)，提升了Seebeck系數(shù)，降低了熱導(dǎo)率，進(jìn)而提升了ZT。CNTs含量為50％時(shí)，最大值ZT為2.09×10-5，相對(duì)于純的PANI提升了約31倍。
　　(

5、2)采用原位聚合的方式制備RGO/PEDOT∶PSS/PANI復(fù)合材料。隨著RGO的提升，復(fù)合材料引入更大的界面區(qū)域，能量滲濾效應(yīng)增強(qiáng)，有效提升了Seebeck系數(shù)，而填充含量的增加也可促進(jìn)電導(dǎo)率的提升，最終熱電性能得以提升。當(dāng)RGO含量為50％時(shí)，復(fù)合材料的最大ZT值為7.25×10-6，相比于純的PANI提升了約10.5倍。
　　(3)采用原位聚合的方式制備CNTs/RGO/PEDOT∶PSS/PANI復(fù)合材料。一維的CNTs

6、與二維的RGO之間有強(qiáng)烈的相互作用，進(jìn)而引發(fā)協(xié)同效應(yīng)。當(dāng)CNTs與RGO的比例為2∶1時(shí)，協(xié)同效果較為明顯。隨著填充物（CNTs/RGO）含量的提升，復(fù)合材料的電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)及ZT也隨之提升。當(dāng)填充物含量為50％時(shí)，一維/二維協(xié)同復(fù)合材料的最大ZT值為2.38×10-5，與CNTs含量為50％的CNTs/PEDOT∶PSS/PANI相比，提升了約1.2倍，與RGO含量50％的RGO/PEDOT∶PSS/PANI相比，提升了約