氧化石墨/聚合物复合材料的热电性能研究

论文摘要

相比无机半导体热电材料,有机高分子材料资源丰富,易于加工成型,密度低且不易被腐蚀,尤其是低热导率的特点为其在热电材料的应用领域开拓了空间。本文全面调研了有关热电材料的公开文献,评述了有机聚合物及其复合材料在热电材料领域的研究进展。本文分别以绝缘高分子尼龙6,导电高分子聚苯胺及聚吡咯为基体,以氧化石墨为填料,制得了氧化石墨／尼龙6,氧化石墨／聚苯胺及氧化石墨／聚吡咯复合材料。同时,以热膨胀氧化石墨得到的导电纳米石墨微片为填料制得纳米石墨微片／聚苯胺复合材料。本文探讨了上述四种复合材料的热电性能,并试验了还原处理对氧化石墨／聚苯胺复合材料热电性能的影响。本文证实,氧化石墨在氧化石墨／尼龙6复合材料的制备过程中因高温条件被还原为导电填料,致使尼龙6从绝缘体转变为半导体,从而尼龙6的热电性能被极大程度地改良,热电优值达到9.45x10-6；氧化石墨因与单体间存在相互作用力而分别对苯胺和吡咯的聚合过程发挥着模板作用,使得分子链有序地生成及堆积,载流子迁移率增大,故电导率和Seebeck系数同时增大。复合材料仍然维持着各自基体低热导率的特性,热电优值分别达到4.86x10-4和7.66x10-4；纳米石墨微片可以提高聚苯胺基体的热电性能,但是所得复合材料不及氧化石墨／聚苯胺复合材料的热电性能；氧化石墨／聚苯胺复合材料经还原处理后表现出下降的热电性能,归因于聚苯胺氧化水平及质子酸掺杂水平降低引起的电导率的降低。本文证实了氧化石墨作为一种二维结构的功能性材料,不仅自身的模板作用可以改良有机高分子基体的热电性能,而且经历还原处理后可变为导电填料以改良基体热电性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 热电转换技术的理论基础及应用
• 1.2 热电材料的发展
• 1.3 有机高分子热电材料的研究进展
• 1.3.1 聚苯胺
• 1.3.2 聚吡咯
• 1.3.3 聚噻吩及其衍生物
• 1.3.4 其他聚合物
• 1.4 高分子导电材料的分类及导电机理
• 1.4.1 复合型高分子导电材料
• 1.4.2 结构型高分子导电材料
• 1.5 氧化石墨的结构、性能及其与聚合物的复合
• 1.6 本论文的选题意义及主要内容
• 第二章 实验材料及测试方法
• 2.1 实验原料
• 2.1.1 氧化石墨
• 2.1.2 化学试剂
• 2.2 测试仪器及方法
• 2.2.1 电导率测试
• 2.2.2 Seebeck系数测试
• 2.2.3 热导率测试
• 2.2.4 霍尔测试
• 2.2.5 表征方法
• 第三章 氧化石墨/尼龙6复合材料的热电性能研究
• 3.1 氧化石墨/尼龙6复合材料的制备
• 3.2 氧化石墨/尼龙6复合材料的导电机理
• 3.2.1 导电网络的形成
• 3.2.2 温度对氧化石墨/尼龙6复合材料导电性能的影响
• 3.3 氧化石墨/尼龙6复合材料的热电性能
• 3.4 氧化石墨/尼龙6复合材料的表征
• 3.5 小结
• 第四章 聚苯胺及其复合材料的热电性能研究
• 4.1 聚苯胺的热电性能研究
• 4.1.1 聚苯胺的制备
• 4.1.2 质子酸的浓度对聚苯胺热电性能的影响
• 4.1.3 合成温度对聚苯胺热电性能的影响
• 4.2 氧化石墨/聚苯胺复合材料的热电性能研究
• 4.2.1 氧化石墨/聚苯胺复合材料的制备
• 4.2.2 氧化石墨/聚苯胺复合材料的热电性能
• 4.2.3 氧化石墨/聚苯胺复合材料的表征
• 4.2.4 还原处理对氧化石墨/聚苯胺复合材料热电性能的影响
• 4.3 纳米石墨微片/聚苯胺复合材料的热电性能研究
• 4.3.1 纳米石墨微片/聚苯胺复合材料的制备
• 4.3.2 纳米石墨微片/聚苯胺复合材料的热电性能
• 4.3.3 纳米石墨微片/聚苯胺复合材料的表征
• 4.4 小结
• 第五章 氧化石墨/聚吡咯复合材料的热电性能研究
• 5.1 氧化石墨/聚吡咯复合材料的制备
• 5.2 氧化石墨/聚吡咯复合材料的热电性能
• 5.3 氧化石墨/聚吡咯复合材料的表征
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件