氧化石墨/聚合物复合材料的热电性能研究

作     者：赵媛 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐光诗

授予年度：2012年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：热电性能 氧化石墨 尼龙6 聚苯胺 聚吡咯 复合材料 

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。