碳纳米管/聚苯胺柔性薄膜材料的制备与热电性能研究
聚苯胺（PANI）由于掺杂机制独特，而且在环境中结构相对稳定，成为有机热电材料研究的热点。但聚苯胺的热电性能依然较低，本文主要通过不同的制备方法制备出能够自支撑的SWCNT/PANI柔性复合热电薄膜，探究后处理、溶剂、PANI的掺杂态以及SWCNT含量对复合薄膜热电性能的影响。 首先，采用溶液浇铸法制备SWCNT/CSA-PANI复合材料，探究了不同CNT含量及不同聚合时间的PANI对复合薄膜热电性能的影响。研究表明:溶剂作用下，PANI分子链在碳管表面形成的有序排列区域为电子的快速传输提供了有效通道，使得不同聚合时间的PANI对复合材料结构及性能的影响远小于填料含量对它的影响。60wt％CNT含量薄膜的功率因子在室温下达到～56μW·m-1·K-2，410K下达到最大为100μW·m-1·K-2。 其次，通过真空抽滤法制备SWCNT/CSA-PANI复合薄膜，探究了压力处理、溶剂(EtOH、DMF)及不同制备方法对薄膜的热电性能的影响。研究表明冷压处理使薄膜结构更加稳定，电性能较未冷压之前有较大提高;不同溶剂对复合薄膜的结构有较大的影响，DMF溶剂能够部分溶解PANI，使得PANI能够均匀地包覆SWCNT，制备出了具有三相结构（PANI膜/PANI颗粒/SWCNT）的复合薄膜。而且溶剂制备的薄膜相对于EtOH更加稳定。真空抽滤法制备的薄膜的性能相比于浇铸法有较大提升，室温下，EtOH和DMF溶剂制备的薄膜(90wt％CNT)最大功率因子分别达到84.1μW·m-1·K-2和114.4μW·m-1·K-2。真空抽滤法制备的SWCNT/CSA-PANI复合薄膜的电导率较高，但其Seebeck系数仍有待提升。 最后，通过真空抽滤法制备SWCNT/EB-PANI复合薄膜，探究了不同溶剂、不同掺杂态PANI及不同CNT含量对热电性能的影响。研究表明，DMF溶剂制备的薄膜结构及性能都更加稳定;SWCNT/EB-PANI复合薄膜性能比SWCNT/CSA-PANI复合薄膜高，特别是Seebeck系数得到了较大提升。室温下，EtOH和DMF溶剂制备的薄膜（90wt％CNT）最大功率因子分别达到144μW·m-1·K-2和207.3μW·m-1·K-2，360K下达到最大值分别为328.8μW·m-1·K-2和402μW·m-1·K-2。
柔性复合热电薄膜;聚苯胺;碳纳米管;溶液浇铸法;真空抽滤法;热电性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
杨小平
2019
中文
TB34
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）