聚吡咯纳米结构及其复合材料的制备与热电性能研究

来源 :上海应用技术大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wjx542398964
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热电材料是一种可以实现热能和电能之间相互转换的环境友好型的材料。与传统的无机热电材料相比,导电聚合物具备低热导率、原料丰富、易合成、有利于制备柔性热电材料等优点。其中聚吡咯(PPy)已成为热电材料的研究热点,具有潜在的应用前景。但目前PPy及其纳米复合材料的热电性能仍较低,因此对其开展深入研究具有重要意义。本论文主要对以下几个方面进行了研究和探索:在不同的反应条件下,通过化学氧化法或“软模板”法分别成功制备了不同形貌的PPy纳米结构(纳米颗粒、纳米管、纳米线)。所制备的PPy颗粒、PPy纳米管和PPy纳米线在300K时的功率因子分别为0.0037μW/mK2、0.068μW/mK2和0.31μW/mK2。通过原位聚合法结合后处理工艺分别成功制备了聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)/PPy颗粒/纸、PEDOT:PSS/PPy颗粒/棉布柔性复合薄膜材料;通过软模板-原位聚合法结合后处理工艺成功制备了PEDOT:PSS/PPy纳米管/纸柔性复合薄膜材料。上述复合薄膜材料的电导率和Seebeck系数都随着温度升高而增大,并且Seebeck系数都是正值,说明它们都是P型热电材料。在300K时,PEDOT:PSS/PPy颗粒/纸、PEDOT:PSS/PPy颗粒/棉布和PEDOT:PSS/PPy纳米管/纸柔性复合薄膜的ZT值分别是1.85×10-5、2.9×10-5和4.13×10-6,分别是相应的PPy颗粒/纸、PPy颗粒/棉布复合薄膜ZT值的39倍(4.73×10-7)、20倍(1.46×10-6)和PPy纳米管/纸柔性复合薄膜ZT值的13倍(3.2×10-7)。所制备的柔性复合薄膜热电性能稳定,并具有质轻、柔韧性好等优点。采用软模板-原位聚合法成功制备了PPy纳米线/石墨烯(GR)和PPy纳米管/GR复合材料。在300K至380K温度范围内,PPy纳米线/GR和PPy纳米管/GR复合材料的电导率和Seebeck系数均随着温度的增加而增大。两种纳米复合材料的电导率相对于纯PPy纳米线和PPy纳米管均有所提高,Seebeck系数也分别随着GR含量的增加呈上升趋势。在380K时,GR含量为20wt%的PPy纳米线/GR、PPy纳米管/GR复合材料最大的功率因子分别为1.01μW/mK2(纯PPy纳米线的3.26倍)和0.18μW/mK2(纯PPy纳米管的2.65倍)。
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