摻雜聚苯胺的熱電性能研究.pdf

1、目前，研究較多的具有實際應(yīng)用價值的熱電材料均為無機(jī)半導(dǎo)體材料，而聚合物具有質(zhì)輕、制備簡單、結(jié)構(gòu)可設(shè)計等許多傳統(tǒng)無機(jī)材料不具備的優(yōu)點，能夠滿足許多特殊場合的應(yīng)用需求，如果能成為具有實際應(yīng)用價值的熱電材料，將是材料研究領(lǐng)域的一次重大突破。在眾多聚合物材料中，導(dǎo)電聚合物由于電導(dǎo)率可以在絕緣體—半導(dǎo)體—金屬態(tài)較寬的范圍里變化，一直是材料科學(xué)的研究熱點。但是，導(dǎo)電聚合物的研究大多集中在光學(xué)、電學(xué)、防腐蝕以及生命科學(xué)等方面，鮮有關(guān)于它們在溫差發(fā)電和

2、致冷方面的研究報道。
　　 本論文以導(dǎo)電聚苯胺(PANI)為研究對象，采用化學(xué)氧化聚合法制備了一系列摻雜態(tài)聚苯胺和聚苯胺—鄰位取代苯胺的共聚物，并對產(chǎn)物進(jìn)行了XRD、IR、UV-Vis結(jié)構(gòu)表征和熱電性能測試，以探索導(dǎo)電聚合物的熱電應(yīng)用潛能。論文系統(tǒng)討論了不同合成方法、不同質(zhì)子酸種類、聚合溶液酸濃度及合成溫度對質(zhì)子酸摻雜PANI的電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)、熱導(dǎo)率、無量綱優(yōu)值因子ZT的影響，最后探討了鄰位取代基團(tuán)的引入對苯胺與其衍

3、生物共聚產(chǎn)物熱電性能的影響。研究結(jié)果如下：
　　 1.紅外光譜和紫外-可見光譜分析中，摻雜態(tài)PANI的吸收峰相對于本征態(tài)PANI均發(fā)生了不同程度的紅移，表明質(zhì)子酸對聚苯胺進(jìn)行了有效的摻雜。合成摻雜一步法產(chǎn)物的電導(dǎo)率和功率因子要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于合成-脫摻雜-再摻雜多步法產(chǎn)物的結(jié)果，因此本研究中我們選取簡便易行的一步法作為合成質(zhì)子酸摻雜聚苯胺的方法。
　　 2.不同質(zhì)子酸摻雜PANI的研究結(jié)果表明，無機(jī)酸(HCl、H2SO4、HCl

4、O4)和有機(jī)磺酸(對甲基苯磺酸PTSA、樟腦磺酸CSA)摻雜PANI的電導(dǎo)率和ZT值要高于用有機(jī)羧酸(酒石酸TA、檸檬酸CA)摻雜的PANI。在303～373K范圍內(nèi)，PTSA摻雜的樣品由于電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于其他樣品使其ZT值最高，但在高溫范圍內(nèi)，其Seebeck系數(shù)增幅較小，使得在373～393K內(nèi)，HCl摻雜PANI的ZT值最高，但在393K以后，HClO4摻雜PANI的熱電性能最好，在423K時ZT值達(dá)3.18×10-4。
　　

5、 3.對HCl、HClO4、PTSA摻雜PANI的反應(yīng)條件優(yōu)化結(jié)果表明，HCl摻雜PANI的最佳反應(yīng)濃度為1.0M，最佳反應(yīng)溫度為15℃，產(chǎn)物的最高ZT值在423K時可達(dá)2.67×10-4；而在0～5℃和0.5M酸濃度的條件下合成的HClO4摻雜PANI的熱電性能最好，423K時ZT可增加至4.31×10-4；對于PTSA摻雜PANI樣品，最佳反應(yīng)濃度為1.0M，合成溫度研究顯示，在383K以下，15℃下合成產(chǎn)物的ZT值最高，但在383

6、K以上，0～5℃下得到的PANI的ZT值最高，423K時達(dá)2.65×10-4。
　　 4.采用一步法制備了苯胺-鄰甲基苯胺的共聚物(PAOT)和苯胺-鄰硝基苯胺的共聚物(PAON)。對于PAOT樣品，鄰位引入供電子甲基后空間位阻效應(yīng)占主導(dǎo)，使共聚物的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率都低于純PANI，但Seebeck系數(shù)卻高于純PANI樣品。OT含量為15％時的樣品在303～360K時的ZT值要高于純PANI樣品。但對于PAON樣品而言，所有樣品的