国科大化学院在聚吡咯/单壁碳纳米管复合热电材料研究中取得系列进展

  • 郭存悦
  • 发布于 2016-05-04
  • 2011

        近年来,有机聚合物基热电材料以其原材料丰富、易合成、易加工、质量轻、热导率低等独特优势引起了人们的极大兴趣。其中,聚吡咯(PPy)由于具有环境稳定性好、低毒、导电性质可调等优点,广泛应用于微电子、电化学和生物技术等领域。但迄今为止,由于PPy本身热电性能较低,难溶且难分散,PPy及其复合热电材料的研究仍处于初级阶段。因此,有必要对应用前景广阔、热电性能优异的PPy复合材料薄膜材料进行深入研究,解决其如何制备这一迫在眉睫的难题。

        中国科学院大学化学与化工学院郭存悦副教授与中国科学院化学研究所陈光明副研究员联合指导的硕士研究生梁丽荣,利用高导电性单壁碳纳米管(SWCNT)与原位聚合的方法,在PPy/SWCNT复合热电材料制备领域取得了系列进展。研究结果“大面积、可拉伸、超高柔性与机械性能稳定的热电性聚合物/碳纳米管复合材料薄膜”和“高热电性能的自组装层状结构聚吡咯纳米线/单壁碳纳米管复合材料”近期分别发表在Journal of Materials Chemistry C(http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TC/C5TC03768A)和Composites Science and Technology (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353816301622)上。该研究成果对于研发新型聚合物基复合热电材料及其应用具有重要意义。

       该研究组采用原位化学氧化聚合和真空抽滤辅助的方式,借助反应介质-乙醇调控PPy在SWCNT表面的包覆结构,成功制备了大面积、超高柔性(弯曲半径 < 0.6 mm)、可拉伸且热电性能优异的PPy/SWCNT纳米复合材料薄膜(图a)。该薄膜在拉伸和多次弯曲后仍能保持优异的热电性能。在此基础上,他们利用一维纳米导电聚合物独特的优势,先制备了性能优异的PPy纳米线,然后用相对简便的物理混合-真空抽滤的方式,成功制备出层状形貌的PPy纳米线/SWCNT复合材料薄膜(图b),其最高功率因子达21.7 ± 0.8 μW m-1 K-2。

        此工作得到国家自然科学基金(51343005、51573190)和中科院化学所一三五规划培育项目(PY-2015-35)的资助。