复合材料学报

作者：李重阳, 宋小勇, 陈莉莉, 陶颖, 陈志权, 赵宾,

关键词：热电复合材料, 多壁碳纳米管, 聚(3, 4-乙烯二氧噻吩), 热电优值, 热电转换技术,

热电转换技术能将大量的废弃热能转换为电能以重新利用，是一种绿色能源转换技术，可以有效提高能源利用效率，缓解煤炭、石油等主要化石类能源过度开采、使用带来的能源危机及环境污染问题，因此受到科研工作者的广泛关注，是近年来的研究热点。基于此，本文以电子型导电高聚物中机能较优的聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)作为研究主体，通过化学原位氧化聚合将多壁碳纳米管(MWCNT)复合到载体中得到MWCNT/PEDOT复合材料。利用XRD、拉曼、TEM及正电子湮没寿命(PAL)等方法对MWCNT/PEDOT复合材料的形貌和微观结构进行了系统研究，研究表明：当MWCNT含量高于24.9wt%时，复合材料中出现MWCNT团聚现象，其分散性变差。同时，MWCNT/PEDOT复合材料的热电性能测试结果显示，未掺杂PEDOT的电导率仅为7.5 S·m^?1，而MWCNT含量为30.1wt%时，该复合材料的电导率高达566.59 S·m^?1，提高近76倍。同时，30.1wt%MWCNT/PEDOT的功率因子(814.3×10^?4 μW·(m·K²)^?1)相对于未掺杂PEDOT(14.5×10^?4 μW·(m·K²)^?1)提高约56倍，这主要是由于PEDOT分子链与MWCNT掺杂物间π-π相互作用及MWCNT的高导电性。随着MWCNT含量的增加，PAL测试结果中第一寿命成分<i>τ</i>₁(即正电子在材料中湮没的第一寿命成分)的下降证实了该复合材料中MWCNT与PEDOT间界面变小或者界面间相互作用减弱，导致其热导率相对于未掺杂PEDOT有一定的上升，但远远低于功率因子的升高。最终，该MWCNT/PEDOT复合材料的热电优值(即热电材料<i>Z</i>_T值)由0.015×10^?4升至0.45×10^?4，增加了约30倍。结果表明：掺杂的高电导率MWCNT能够极大地提高PEDOT类电子型导电聚合物的热电性能。

来源：2023年第2期

《复合材料学报》期刊编辑部

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