聚（3,4-乙烯二氧噻吩）纳米结构及碳纳米粒子热电材料的制备及其性能研究

作     者：谭东兴 

作者单位：青岛科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈学刚

授予年度：2017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：纳米结构 导电聚合物 后处理 碳纳米粒子 表面修饰 

摘      要：随着能源短缺和资源利用率低等问题的日益突出,作为可以实现热能和电能直接相互转化的热电材料受到了广泛的关注。有机导电聚合物以及高性能的碳纳米粒子已经成为热电材料研究的重点对象。本论文主要研究了后处理对纳米结构导电聚合物热电性能的影响以及利用碳纳米粒子为原料制备高性能的热电材料。主要内容包括以下几点:1.以3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)为原料,利用水相表面活性剂法和反相胶束法制备了聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)纳米棒,并研究其热电性能;然后利用不同浓度的硫酸对反相胶束法制备出的PEDOT纳米棒进行浸泡处理,接着用一定质量分数的亚硫酸钠溶液对硫酸浸泡处理过的PEDOT纳米棒进行不同时间的化学还原。研究发现:后处理有效地调节了PEDOT纳米棒的氧化水平和掺杂水平,并且改善了分子链的规整度和极化状态,从而实现了PEDOT纳米棒热电性能的显著提升。2.以氧化石墨烯和酸化单壁碳纳米管为原料,通过化学还原的方法制备杂化气凝胶材料,并测试不同原料配比下气凝胶材料的孔隙率和各项热电参数。研究发现:气凝胶的特殊网络结构为电子的传输提供了多重路径,从而提高了电导率;丰富的界面使气凝胶展现了更好的能量过滤效应,从而提高了Seebeck系数;超高的孔隙率有效地抑制了声子的传输,使得气凝胶材料具有极低的热导率;综上使得气凝胶热电材料具有较高的热电优值。另外,气凝胶对不同的有机溶剂具有较高的吸收效率,且对低沸点有机溶剂表现出较好的循环使用性,多次循环使用后吸收效率没有出现明显降低。3.通过对单壁碳纳米管进行酸化处理,在其表面引入羧酸基团;然后利用水合肼作为还原剂,以硫代钼酸铵作为MoS2纳米粒子的前驱体,经过有效的还原得到了性能稳定的MoS2/a-SWCNT N-型热电材料。由于有效地对单壁碳纳米管的表面修饰和掺杂,使单壁碳纳米管的导电类型由空穴导电变为电子导电,即由P型半导体转变为N型半导体。同时,MoS2/a-SWCNT N-型热电材料具有较高的性能稳定性,且在空气中,材料的热电性能几乎不会随时间的延长而出现衰减。