导电聚苯胺及其复合材料的制备及热电性能研究

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1、武汉瑷王大学博士学位论文摘要具有共轭J『键经化学或电化学掺杂成为导体的导电聚合物，具有金属和半导体特性及高分子材料结构多样性、重量轻、易于加工和具有柔韧性等优点，其潜在的独特性能和应用领域近年来受到人们的广泛关注。本文以聚苯胺(PAn)作为导电高聚物的一个典型代表，对其热电性能进行了研究。(1)用化学氧化法在不同的聚合条件下合成聚苯胺，通过改变反应物原料冼例、介质酸度、反廒温度等反应条件以及不同的掺杂条件，获得不同分子态及凝聚态结构掺杂聚苯胺，讨论了不同聚合条件及掺杂条俘对电导率、Seebeck系数及热电品质的影响；(2)分别以邻甲基苯胺和邻甲氧基苯

2、胺与苯胺进行共聚，研究共聚物的热电性能，讨论不同的取代基及取代的比例对聚苯胺电导率、Seebeck系数及热电品质的影响；(3)以导电聚苯胺为基体，无机半导体热电材料CoSb3、Be2Te3以及电导率高的金属Ag为分散相，制备PAn／CoSb3，PAn／Be2Te3和PAn／Ag复合材料，讨论无机物的复合对聚苯胺电导率、Seebeck系数及热电品质的影响。研究结果表明：重。分子量较小的聚苯胺电导率及Seebeck系数都较小。较高的掺杂率下，聚苯胺电导率较高，而Seebeck系数相应较低。具有较规整结构的聚苯胺，聚苯胺电导率和Seebeck系数都有所提高

3、。2．在氧化聚合合成聚苯胺时，合适的氧化剂用量及反应介质酸浓度，生成的聚苯胺有较高分子量和掺杂率。较低的反应温度对生成高分子量聚苯胺及形成规整结构有利。二次掺杂特别是用有机酸进行二次掺杂，对生成规整结构有利，但有时会造成掺杂率下降，因此对电导率及Seebeck系数的影响是两种因素的总和。3．用邻甲基苯胺和邻甲氧基苯胺分别与苯胺进行共聚生成的共聚物，邻位取代效廒导致的电导率的减小程度不大，但Seebeck系数隧蔫取代基取代量的增加有较大程度增加，因此对提高热电品质因子是有利的。4．以无飙物与聚苯胺复合，对聚苯胺电导率和Secbeck系数的影响与无机物的

4、性质、颗粒大小及复含方法均有关。复合物的Seebeck系数与电导率的关系与无机半导体材料中的关系一致，即电导率增大的嗣时，Seebeck系数减小；武汉理互大学博士学往论文5。聚苯胺、聚苯胺共聚物以及聚苯胺／无视物复合誊孝料，其电导率在一定的温度范围内，随温度的升高而增大，Seebeck系数的变化正好相反相应有所降低，与半导体电导率及Seebeck系数与温度的关系相一致。6．聚苯胺有较小的热导率，热导率对各种结构因素的依赖很小，约为0．005W·cm-1．K-1数量级。7。通过合适的有机酸二次掺杂、在聚苯胺链段上添加合适的邻位取代基及选择合适的无机半导

5、体与聚苯胺复合均可有效的提高聚苯胺的热电品质。但它们的电导率和Seebeck系数都还比较小，其热电品质因子与无视半导体材料相比，仍然比较低，因此目前来看还不具备实用价值。关键词：聚苯胺，苯胺．邻甲基苯胺共聚物，苯胺．邻甲氧基苯胺共聚物，电导率，Seebeck系数，热导率，热电品质因子llAbstractConjugatedconductingpolymerwhichownnotonlythesimilarfeaturesofmetalsandsemiconductors，butalsothemeritsofhigllpolymermaterials．

6、Discoveringanddevelopingthenewuseofconductingpolymerisoneofthemostimportantresearchaspectsinthenewcentury．Inthispaper,polyanilineisregardedastheresearchobjectandtheirthermoelectricpropertyisdiscussed．(1)PolyanilineWassynthesizedbychemicaloxidationmethodatdifferentconditionsandt

7、heeffectsofsynthesisconditionsontheelectricalconductivity,Seebeckcoefficientandfiguremeritwerediscussed．(2)Polyanilinewhichcombinedwithanilineandortho．substituteanilineresultedintheimprovementofSeebeckcoefficientbyreducingthestructuralcoplanaritytomakecarrierspartlyconfined．The

8、effectsofvarioussubstituentsandtheratioofsubstitutiono