论文部分内容阅读
能源是人类社会发展的基础,而绿色环保的新型能源将是未来能源发展的方向。其中,热电发电机采用一种环保的能源采集技术,可以将温差直接转换成电能。本文探索研究了一种未在热电领域有过相关报道,柔韧性好且已工业化生产的聚合物材料-聚醚嵌段酰胺(PEBA)的热电性能。PEBA是由结晶态聚酰胺(PA)和无定形的聚醚(PE)嵌段聚合而成,赋予了 PEBA很多介于热塑性塑料和橡胶之间的独特性能。本文通过对PEBA的掺杂改性,制备了以PEBA为基质的柔性热电薄膜材料。具体研究内容如下:1、首先对PEBA的成膜方式进行了优选,最终确定了溶剂蒸发的成膜方式。通过对PEBA进行LiCl04掺杂制备了 PEBA-Li+复合膜。对掺杂前后的PEBA膜进行表征,证实了由于Li+与PEBA软段中的醚氧键([EO])的络合作用,诱导了 PEBA软、硬段发生微相分离。这将有利于软链段的运动和离子的传输,从而改善PEBA的导电性能。形貌特征表明,PEBA-Li+复合膜的断层形貌从掺杂前的无序微观形貌转变为有序的层状形貌,并由断裂的分子链相连接形成网络。通过对掺杂前后PEBA膜的导电性能的测试,证明[EO]:[Li+]值为12时,复合膜的电导率由 10-10 S·m-1 提升到了10-6S·m-1。2、采用超高纯的P型碳纳米管(CNT)进行掺杂复合,以锂盐掺杂的PEBA为基质,首先制备了 P型的PEBA-CNT双层异质膜(BHF)。之后,采用二亚乙基三胺(DETA)对CNT进行了氮掺杂改性,制备了 N型的DETA-CNT,从而制备了 N型的PEBA-CNT BHF。通过SEM、TEM形貌表征,发现DETA-CNT的无序度增加,出现弯曲、凸起的竹节状结构。结合FTIR-ATR、XRD、RAMAN等表征手段,证实了 DETA-CNT石墨化程度降低,CNT由P型转化为N型。通过对两种BHF上(T)、下(B)层一系列的表征,发现T层为聚合物层,B层为CNT层。P型BHF的导电率和赛贝克系数(温差为20K)分别为 456 S·m-1 和 36.88 μV·K-1,N 型 BHF 分别为 492 S·m-1 和-33.25μV·K-1。基于上述两种PEBA-CNT BHFs,我们又设计了一种高效的热电转化器件。当电路中交替串联3组元件,且器件两端温差为60 K时,热电开路电压可以达到120 mV。3、最后采用原位聚合的方式制备了 GOx-PA6(x为GO的含量)复合材料。通过SEM、FTIR-ATR、XRD、DSC等表征手段,证实成功制备了 GOx-PA6复合材料,在聚合过程中GO被还原成石墨烯(RGO)。其SEM图中可以看到石墨烯包裹着聚合物的明亮条纹,随x的增加,GOx-PA6体系中明亮的条纹逐渐增多,并发生了弯曲。以GOx-PA6为掺杂物,可以同时引入导电相RGO和PEBA的兼容相PA6,制备了PEBA-GOx-PA6复合膜。SEM结果表明,随着掺杂物GOx-PA6中x的增加,条纹逐渐变得明亮,弯曲程度明显增加,这有利于搭建更加有效的导电网络,从而改善PEBA基质的导电性能。对PEBA-GOx-PA6复合膜进行导电性能测试,结果表明,当GO含量为0.6%时导电率提升到了10-5 S·m-1。