石墨烯-聚吡咯复合材料的制备及其热电性能研究

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与无机热电材料相比,有机热电材料具有柔性、可加工性、低导热和低成本等优点,但目前文献报道其性能仍明显低于无机热电材料。石墨烯是一种有着超高电导率和Seebeck系数的材料,然而由于其热导率太高,故不适合单独作为热电材料应用。在此背景下,本文采用聚吡咯和石墨烯为研究体系,探索将二者复合,得到一种具有优异热电性能的石墨烯-聚吡咯复合材料,并对其制备方法、结构与形貌表征、热电性能以及结构-功能性关系机理等进行研究。主要内容和研究结果如下。采用化学氧化聚合的方法,通过实验条件的系统研究和优化,制备了粉末状聚吡咯材料;利用多种现代分析技术对产物的形貌、结构和热电性能进行了系列表征与测试。利用模板导向的原位聚合方法,采用与制备聚吡咯类似的聚合条件,以石墨烯纳米片层为模板,通过单体吸附并在其表面原位聚合制备了石墨烯表面含有聚吡咯包覆层的复合材料。经SEM和TEM观察证实,复合材料中石墨烯片层表面的包覆层厚度均一、可控。更重要的是,与纯聚吡咯相比,引入石墨烯后制备的复合材料热电性能有大幅度提升,石墨烯与吡咯质量比是2:1时,复合材料的功率因子是纯聚吡咯的84倍。另外,本文重点研究了分散剂SDS对于复合材料制备和热电性能的影响。结果表明,SDS明显促进了石墨烯在水中的分散,显著提高了吡咯在水中的聚合速率,并大幅提高了聚毗咯的电导率。
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