导电聚苯胺及其复合材料制备及热电性能的研究.pdf

武汉瑷王大学博士学位论文摘要具有共轭J『键经化学或电化学掺杂成为导体的导电聚合物,具有金属和半导体特性及高分子材料结构多样性、重量轻、易于加工和具有柔韧性等优点, 其潜在的独特性能和应用领域近年来受到人们的广泛关注。本文以聚苯胺(PAn) 作为导电高聚物的一个典型代表,对其热电性能进行了研究。(1)用化学氧化法在不同的聚合条件下合成聚苯胺,通过改变反应物原料冼例、介质酸度、反廒温度等反应条件以及不同的掺杂条件,获得不同分子态及凝聚态结构掺杂聚苯胺,讨论了不同聚合条件及掺杂条俘对电导率、Seebeck系数及热电品质的影响; (2)分别以邻甲基苯胺和邻甲氧基苯胺与苯胺进行共聚,研究共聚物的热电性能, 讨论不同的取代基及取代的比例对聚苯胺电导率、Seebeck系数及热电品质的影响;(3)以导电聚苯胺为基体,无机半导体热电材料CoSb3、Be2Te3以及电导率高的金属Ag为分散相,制备PAn/CoSb3,PAn/Be2Te3和PAn/Ag复合材料,讨论无机物的复合对聚苯胺电导率、Seebeck系数及热电品质的影响。研究结果表明:重。分子量较小的聚苯胺电导率及Seebeck系数都较小。较高的掺杂率下,聚苯胺电导率较高,而Seebeck系数相应较低。具有较规整结构的聚苯胺,聚苯胺电导率和Seebeck系数都有所提高。 ,合适的氧化剂用量及反应介质酸浓度,生成的聚苯胺有较高分子量和掺杂率。较低的反应温度对生成高分子量聚苯胺及形成规整结构有利。二次掺杂特别是用有机酸进行二次掺杂,对生成规整结构有利,但有时会造成掺杂率下降,因此对电导率及Seebeck系数的影响是两种因素的总和。 ,邻位取代效廒导致的电导率的减小程度不大,但Seebeck系数隧蔫取代基取代量的增加有较大程度增加,因此对提高热电品质因子是有利的。 ,对聚苯胺电导率和Secbeck系数的影响与无机物的性质、颗粒大小及复含方法均有关。复合物的Seebeck系数与电导率的关系与无机半导体材料中的关系一致,即电导率增大的嗣时,Seebeck系数减小; 武汉理互大学博士学往论文 5。聚苯胺、聚苯胺共聚物以及聚苯胺/无视物复合誊孝料,其电导率在一定的温度范围内,随温度的升高而增大,Seebeck系数的变化正好相反相应有所降低, 与半导体电导率及Seebeck系数与温度的关系相一致。 ,热导率对各种结构因素的依赖很小,约为 ·cm--1数量级。 7。通过合适的有机酸二次掺杂、在聚苯胺链段上添加合适的邻位取代基及选择合适的无机半导体与聚苯胺复合均可有效的提高聚苯胺的热电品质。但它们的电导率和Seebeck系数都还比较小,其热电品质因子与无视半导体材料相比, 仍然比较低,因此目前来看还不具备实用价值。关键词:聚苯胺,,,电导率, Seebeck系数,热导率,热电品质因子 Abstract Conjugated conducting polymer which own not only the similar features of metals and semiconductors,but also the merits of higll polymer materials. Discovering and developing the new use ofconductingpolymer is one ofthe most important researchaspects inthenew thispaper,polyaniline isregarded as theresearch object and theirthermoelectricproperty isdiscussed.(1)Polyaniline Was synthesized by chemical oxidation method atdifferentconditions and theeffects of synthesis conditions on the electrical conductivity,Seebeck coefficient and figure merit were discussed.(2)Polyaniline bined with aniline and aniline resulted in the improvement of Seebeck coefficientby reducing thestructuralcoplanarit