聚苯胺纳米复合材料的制备及热电性能研究.pdf

f煳嬲东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明:我恪守学术道德,崇尚严谨学风。所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中己明确注明和引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写,我对所写的内容负责,并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:獗确日期: ≯J弓年,月,g日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密口,在——年解密后适用本版权书。不保密吖学位论文作者签名:拟获历弓指导教师签名:芦之日期:y虏年f月,8日日期:力q年/月/扩日东华大学硕士学位论文摘要聚苯胺纳米复合材料的制备及热电性能研究摘要热电材料,是一类能够实现热能和电能之间直接转换的特殊功能材料,在温差电致冷和温差发电方面都具有重要的应用前景。目前研究的热电材料,绝大多数均为无机半导体,原料昂贵,并且加工困难i 热电性能提高相对困难。与无机半导体热电材料相比,导电聚合物不仅原料价廉易得,加工简单,而且热导率极低,是目前热电材料研究的热点。但是,导电聚合物的电导率和Seebeck系数较低,限制了导电聚合物作为热电材料的发展。所以,如何改善导电聚合物的电导率和Seebeck系数己成为提高导电聚合物热电性能的关键问题。导电聚合物中聚苯胺结构多样化,具有良好的稳定性,是研究最多的聚合物热电材料。本文以导电聚合物聚苯胺及其复合材料为主要研究对象,采用XRD、FT-IR、FESEM、TEM等手段对聚苯胺纳米复合材料的粉末和块体进行了物相和形貌表征,研究了质子酸掺杂和无机纳米复合对聚苯胺热电性能的影响。主要研究内容如下: (1)通过化学氧化法制备本征态聚苯胺,采用无机质子酸(盐酸) 和有机质子酸(樟脑磺酸)分别对本征态聚苯胺进行掺杂,研究了质子酸含量对聚苯胺热电性能的影响,探讨了质子酸掺杂的机制。结果表明:聚苯胺的电导率随着质子酸浓度的增大而增加,电导率增加的主要原因是质子酸中氢质子转移至聚苯胺分子链上,使亚胺上的氮原子东华大学硕士学位论文摘要发生质子化反应,生成载流子,而且氮原子上的正电荷离域到大共轭兀键中,兀电子离域作用增强。(2)采用一种新的超低温机械冷冻研磨法制备了本征态聚苯胺/ 多壁碳纳米管复合材料,对复合材料的微观形貌和热电性能进行研究。结果表明:冷冻研磨法会大大提高碳纳米管在聚苯胺基体中的分散度,且碳纳米管的加入会提高复合材料的电导率和Seebeck系数。复合材料的电导率随着碳管含量的增加而上升,热导率增幅不大,电导率增加的主要原因是多壁碳纳米管与聚苯胺分子间存在强烈的71;.兀相互作用,而且碳管分散度的提高,增大了碳管与聚苯胺分子的接触面积,使得碳管表面与聚苯胺分子的7【.兀共轭相互作用增强,载流子在聚苯胺分子链内和链问的跃迁活跃能降低,电导率提高;碳管与聚苯胺间的纳米界面,有助于声子散射,降低热导。(3)采用液相法制备了一维的纳米材料铜纳米线,并通过原位氧化聚合法和超声混合法初步对聚苯胺/铜纳米线复合材料的制备进行了探讨,对产物的微观形貌和热电性能进行了研究,结果表明:水热反应24h铜纳米线的形貌最佳,暴露在空气中铜纳米线易被氧化。原位氧化聚合法合成聚苯胺/铜纳米线复合材料可行,, ×103S/m,且样品的电导率随着温度的升高而降低,表现为正温度系数。关键词:聚苯胺,热电性能,碳纳米管,铜纳米线 PREPARATION AND THERMOELECTRICAL PERFORMANCE OF POI jYrANILINE POSITES ABSTRACT Thermoelectric(TE)materials can beapplied inthermoelectric power generators and Peltier coolers because ofthedirect conversion between thermal and anic semiconductor as TE materials are used only inspecialized area due totheirlow conversion efficiency,high cost and poor processability pared anic semiconductor,conducting polymersposse