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导电聚苯胺的合成及其热电性能

何莉  
【摘要】: 研究导电聚合物的热电动势具有重要意义,因为讫今为止,具有实际应用的热电材料无一不是金属或无机半导体材料,而具有质轻、价廉、加工性和稳定性好及独特的掺杂机制的聚苯胺如果能成为具有实际应用的热电材料,将是热电材料研究领域的一次重大突破。本研究采用化学氧化聚合法在不同条件下制备聚苯胺,并通过脱掺杂-再掺杂的方法用不同的质子酸进行二次掺杂,并在此基础上讨论了其热电性能与合成及掺杂条件之间的关系。 本文采用化学法直接合成了导电聚苯胺,研究了合成条件对聚苯胺电导率、Seebeck系数、无量纲优值因子ZT的影响。结果表明,合成温度对聚苯胺体系热电性能的影响不大。通过控制苯胺/重咯酸钾摩尔比和反应体系酸浓度可以提高提高聚苯胺热电体系的整体热电性能。 采用FT-IR、XRD、TG等方法对盐酸掺杂前后的结构变化进行了分析,并测试了在不同掺杂浓度下,掺杂产物的电导率、Seebeck系数和热导率。发现本征态的聚苯胺呈无定性,掺杂后能形成部分结晶,且其结晶性能的好坏不是决定聚苯胺热电性能的关键因素。盐酸掺杂后的聚苯胺,其室温电导率可提高几个数量级,但热稳定性下降。随着盐酸PH值从0.5增大到2,电导率降低,Seebeck系数提高。在PH值小于1.5时,ZT值变化很小,当PH=2时,ZT在303K时突然增大到0.02,提高了几个数量级。 通过测定一系列不同质子酸和碘掺杂的聚苯胺在不同温度下的电导率、Seebeck系数和热导率值,讨论了不同的掺杂酸和温度对电导率、Seebeck系数和热导率的影响。研究结果表明,聚苯胺有较小的热导率,且与各种结构因素几乎无关,采用有机酸进行二次掺杂的聚苯胺电导率和Seebeck系数均有所提高,温度升高电导率增加而Secbcck系数下降,但更高温度下会发生聚苯胺的脱掺杂使电导率下降而Seebeck系数增加。


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