聚吡咯纳米结构及其复合材料的制备与热电性能研究

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1、学校代码：10259学号：156081106密级：上海应用技术大学硕士学位论文题目：聚吡咯纳米结构及其复合材料的制备与热电性能研究英文题目：PreparationandThermoelectricPropertiesofPolypyrroleNanostructuresandTheirCorrespondingCompositeMaterials专业：材料化学工程学院：材料科学与工程学院研究方向：热电材料姓名：李俊指导教师：徐家跃教授/杜永研究员2018年05月24日学位论文作者声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导

2、下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学位论文保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。允许论文被查阅和借阅。本人授权上海应用技术大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论

3、文。本学位论文属于保密年□不保密□（必须在相应处打√，否则按不保密处理）学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月聚吡咯纳米结构及其复合材料的制备与热电性能研究摘要热电材料是一种可以实现热能和电能之间相互转换的环境友好型的材料。与传统的无机热电材料相比，导电聚合物具备低热导率、原料丰富、易合成、有利于制备柔性热电材料等优点。其中聚吡咯（PPy）已成为热电材料的研究热点，具有潜在的应用前景。但目前PPy及其纳米复合材料的热电性能仍较低，因此对其开展深入研究具有重要意义。本论文主要对以下几个方面进行了研究和探索：在不同的反应条件下，通过

4、化学氧化法或“软模板”法分别成功制备了不同形貌的PPy纳米结构（纳米颗粒、纳米管、纳米线）。所制备的PPy颗粒、PPy纳米管和PPy纳米线在300K时的功率因子分别为0.0037μW/mK2、0.068μW/mK2和0.31μW/mK2。通过原位聚合法结合后处理工艺分别成功制备了聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)/PPy颗粒/纸、PEDOT:PSS/PPy颗粒/棉布柔性复合薄膜材料；通过软模板-原位聚合法结合后处理工艺成功制备了PEDOT:PSS/PPy纳米管/纸柔性复合薄膜材料。上述复合薄膜材料的电

5、导率和Seebeck系数都随着温度升高而增大，并且Seebeck系数都是正值，说明它们都是P型热电材料。在300K时，PEDOT:PSS/PPy颗粒/纸、PEDOT:PSS/PPy颗粒/棉布和PEDOT:PSS/PPy纳米管/纸柔性复合薄膜的ZT值分别是1.85×10-5、2.9×10-5和4.13×10-6，分别是相应的PPy颗粒/纸、PPy颗粒/棉布复合薄膜ZT值的39倍（4.73×10-7）、20倍（1.46×10-6）和PPy纳米管/纸柔性复合薄膜ZT值的13倍（3.2×10-7）。所制备的柔性复合薄膜热电性能稳定，并具有质

6、轻、柔韧性好等优点。采用软模板-原位聚合法成功制备了PPy纳米线/石墨烯（GR）和PPy纳米管/GR复合材料。在300K至380K温度范围内，PPy纳米线/GR和PPy纳米管/GR复合材料的电导率和Seebeck系数均随着温度的增加而增大。两种纳米复合材料的电导率相对于纯PPy纳米线和PPy纳米管均有所提高，Seebeck系数也分别随着GR含量的增加呈上升趋势。在380K时，GR含量为20wt%的PPy纳米线/GR、PPy纳米管/GR复合材料最大的功率因子分别为1.01μW/mK2（纯PPy纳米线的3.26倍）和0.18μW/mK2

7、（纯PPy纳米管的2.65倍）。关键词：PPy纳米结构；纳米复合材料；电导率，Seebeck系数，热电性能PreparationandThermoelectricPropertiesofPPyNanostructuresandTheirCorrespondingCompositeMaterialsAbstractThermoelectric(TE)materialisakindof“green”functionalmaterial,whichcandirectlycovertthermalenergytoelectricalener

8、gyandviceversa.ConductingpolymerTEmaterialshavemanyadvantages,suchaslowthermalconductivity,abundantrawmaterials,easyp