技術領域

本發明屬于有機熱電材料技術領域，具體涉及一種獲得高性能聚苯胺基熱電材料的方法。?

背景技術

熱電轉換技術是利用半導體材料的賽貝克（Seebeck）效應和珀爾帖（Peltier）效應將熱能和電能進行直接轉換的技術，包括熱電發電和熱電致冷。這種技術具有系統體積小、可靠性高、不排放污染物質、適用溫度范圍廣等特點，作為特殊電源以及高精度溫控器件在空間技術、軍事裝備、IT技術等高新技術領域獲得了普遍應用。此外，熱電轉換技術作為一種新型的清潔能源技術近幾年在國際上受到矚目。目前研究和使用的熱電材料絕大多數為無機半導體，原料價格昂貴且加工困難，難以制備異型及柔性器件，極大的限制了熱電材料的推廣和使用。目前，尋求一種新型的價廉且易加工的熱電材料已成為當務之急。?

近十年來，隨著有機導電材料研究的迅猛發展，導電聚合物作為一種潛在的新型熱電材料愈來愈引人矚目。與無機半導體熱電材料相比，導電聚合物不僅原料價廉易得，加工簡單，并且熱導率極低，比一般的無機半導體材料小一個數量級，因而是一種理想的備選熱電材料,有望在微型及柔性發電及致冷器件中得到應用。但是，它的電導率與賽貝克系數較低（熱電材料的熱電性能一般通過無量綱熱電優值ZT來評價，ZT=α²σT/κ，其中α為賽貝克系數，σ為電導率，κ為熱導率，T為絕對溫度）。近年來，對各種導電聚合物的研究表明他們的熱電功率因子α²σ一般為10^-6~10^-10Wm^-1K^-2，ZT值一般為10^-3~10^-2，約比無機熱電材料小3個數量級。?

導電聚合物中導電聚苯胺由于導電性好，合成方法簡單，易加工，是目前研究最多的導電聚合物熱電材料之一。最近的研究結果表明，通過將聚苯胺與具有有序結構的納米碳材料，如碳納米管、石墨烯等復合，利用納米碳材料與聚苯胺間的π-π共軛效應以及納米碳材料的有序結構誘導聚苯胺分子的有序生長，提高聚苯胺分子排列的有序度，減少分子鏈內和鏈間由于分子無序排列所形成的π-π共軛的缺陷，增加載流子遷移率，從而提高了聚苯胺?的熱電性能（Advanced?Materials,2009,21,1-5；ACS?nano,2010,4,2445-2451;Synthetic?Metals,2012,161,2688-2692;Carbon,2012,50,3064-3073），聚苯胺的ZT值可提高兩個數量級至10^-210^-3。即便如此，仍遠低于目前已獲得實際應用的無機熱電材料的性能。因此，如何進一步提高納米碳/聚苯胺復合材料的熱電性能，是目前聚苯胺熱電材料研究亟待解決的問題。研究中發現，通過碳納米管誘導，雖然宏觀上在一定程度上能提高聚苯胺分子鏈排列的有序度，但由于分子中內聚力（如范德華力）的存在，使得從局部看來聚苯胺分子仍為緊密纏繞的毛線團構象，難以實現聚苯胺分子高度有序的排列，因而對熱電性能的提高也是有限的。?

MacDiarmid等研究發現，溶劑誘導也可以改善聚苯胺分子鏈的微觀堆積狀態（Synthetic?Metals,1995,69,85-92）。將聚苯胺分子溶于合適的溶劑中，通過聚苯胺分子與溶劑之間弱的化學相互作用（如氫鍵、靜電作用）可以使聚苯胺分子的鏈構象由緊密纏繞變為舒展，從而有利于聚苯胺分子鏈的有序堆積。?

發明內容

本發明針對現有技術聚苯胺基熱電材料中的聚苯胺分子排列的有序度不夠高，無法獲得高ZT值的熱電材料，目的在于提供一種獲得高性能聚苯胺基熱電材料的方法。本發明先通過酚溶劑與聚苯胺分子相互作用初步提高聚苯胺分子鏈的排列的有序度，再通過與納米碳材料復合，通過碳納米管誘導實現聚苯胺分子的有序堆積，進一步增強聚苯胺分子鏈的排列的有序度，以獲得高性能的聚苯胺基熱電材料。?

本發明獲得高性能聚苯胺基熱電材料的方法具體包括如下步驟：?

A)將聚苯胺粉末與氨水溶液相混合，攪拌、過濾、干燥，獲得本征態的聚苯胺；?

B)將本征態的聚苯胺與大分子磺酸混合，研磨，通過固相反應獲得磺酸摻雜的聚苯胺；?

C)將磺酸摻雜的聚苯胺溶于酚溶劑中，攪拌，獲得聚苯胺溶液；?

D)將納米碳材料加入到聚苯胺溶液中，充分攪拌，去除酚溶劑，獲得高性能的聚苯胺基熱電材料。?