一種低維納米銀/聚苯胺基熱電材料及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種低維納米銀/聚苯胺基熱電材料及其制備方法，所述熱電材料為低維納米銀分散在聚苯胺的片狀結構中，納米銀的質量百分數為2.1%～8.5%。制備方法，將硝酸銀加入到DBSA十二烷基苯磺酸作為質子酸摻雜苯胺進行乳液聚合的得到低維納米銀/PANI聚苯胺基熱電復合材料。本發明專利技術與聚苯胺基熱電材料相比，在材料的熱導率基本不變和賽貝克（Seebeck）系數沒有很大幅度降低的情況下，顯著地提高了復合材料的電導率，所以可以較大幅度地提高復合材料的熱電性能。

【技術實現步驟摘要】
一種低維納米銀/聚苯胺基熱電材料及其制備方法
本專利技術屬于熱電材料及其制備領域，特別涉及一種低維納米銀/聚苯胺基熱電材料及其制備方法。
技術介紹
熱電材料是一類能夠實現熱電和電能直接轉換的特殊功能材料，應用包括熱電發電和熱電制冷兩個方面。熱電材料是通過半導體材料的賽貝克效應和帕爾貼效應實現熱能與電能直接相互耦合、相互轉換的一類功能材料。因其自身具有無污染、無噪聲、體積小、壽命長、可靠性高等優點，而廣泛應用于廢熱發電、航空航天、軍事裝備、家用電器等領域。材料的熱電性能與三個參數有關：Seebeck系數α、電導率б和熱導率κ。同時有溫差電優值Z代表材料的整體熱電性能，其關系為：Z=α2б/κ,也通常用無量綱優值ZT來表示。然而，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、加工困難、含有的元素可能有毒，并且目前的無機熱電材料一般適用于高溫和中溫，低溫無機熱電材料可選的種類較少，這些都極大的限制了熱電材料的產業化發展。近十年來，隨著有機導電材料的迅猛發展，有機熱電材料作為一種潛在的新型低溫熱電材料越來越引人注目。與無機半導體熱電材料相比，有機熱電材料不僅原料價廉易得，加工簡單，易于制備異性及柔性器件，并且熱導率極低，比一般的無機半導體材料小一個數量級。導電聚合物是重要的有機熱電材料，它是由具有共軛π鍵的聚合物經化學和電化學摻雜后形成的，包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。導電聚合物中，聚苯胺不僅電傳輸性能優異，而且制備簡單、結構多樣化，具有良好的穩定性。但是本征態的聚苯胺是不導電的，經過摻雜后，其電導率可以獲得幾個數量級的提高，特別是在聚苯胺中加入無機納米顆粒（如金屬，氧化物和碳材料等），通過有機/無機復合可以顯著改善聚合物的電傳輸性能。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種低維納米銀/聚苯胺基熱電材料及其制備方法，本專利技術方法簡單快捷，成本低廉，可增加材料的利用率，改善生成工藝，降低生成成本，具有良好的產業化前景。本專利技術的一種低維納米銀/聚苯胺基熱電材料，所述熱電材料為低維納米銀分散在聚苯胺的片狀結構中，納米銀的質量百分數為2.1%～8.5%。所述低維納米銀為納米顆粒AgNPs、銀納米線AgNWs中的一種或兩種。本專利技術的一種低維納米銀/聚苯胺基電熱材料的制備方法，包括：（1）將十二烷基苯磺酸DBSA加入去離子水中，攪拌，溶解，得到半透明乳白色的DBSA溶液；（2）將含銀元素的化合物溶解在去離子水中，得到含Ag+溶液，然后逐滴加入上述DBSA溶液中，攪拌，得到混合溶液；（3）將苯胺單體逐滴加入上述混合溶液中，攪拌，溶液會從半透明的乳白色溶液變成白色的乳濁液，然后置于冰浴中；（4）將過硫酸銨APS溶解于去離子水中，得到APS溶液，然后逐滴加入上述乳濁液中，攪拌3-5h，反應過程中可以觀察到,溶液從乳白色變成淺綠色，再變成淺藍色，最后變成深藍色，溶液中很多氣泡，然后加入丙酮破乳，攪拌，過濾，洗滌，冷凍干燥，研磨，壓片，即得低維納米銀/聚苯胺基熱電材料，其中十二烷基苯環酸DBSA、Ag元素、苯胺單體、過硫酸銨APS、丙酮的比例關系為0.0336摩爾：0.001-0.004摩爾：0.0322摩爾：0.0328摩爾：300毫升。所述步驟（1）中攪拌時間為30-60min。所述步驟（1）中DBSA溶液中十二烷基苯磺酸DBSA和去離子水的比例為11g：600g。所述步驟（2）中含銀元素的化合物為硝酸銀、硫酸銀、醋酸銀中的一種。所述步驟（2）中攪拌時間為20-40min。所述步驟（3）中的苯胺單體需要將購買的苯胺單體通過減壓蒸餾提純，提純后苯胺單體有淺棕色變為無色透明的溶液。所述步驟（3）中冰浴溫度為4℃，攪拌時間為1-3h。所述步驟（4）中APS溶液的過硫酸銨APS和去離子水的比例為7.5g：50g。所述步驟（4）中冷凍干燥溫度為-80℃，冷凍干燥時間為12-24h，不會因為高溫干燥的情況下聚苯胺的結構損壞。所述步驟（4）中丙酮破乳過程會放熱，需要持續用電動攪拌器攪拌一方面能盡快破乳并且能盡快將生成的余熱散發出去。所述步驟（4）中攪拌時間為20-30min。所述步驟（4）中洗滌為去離子水洗滌3-5次。所述步驟（4）中壓片為放電等離子燒結SPS壓片保壓10-15min，SPS燒結主要是利用SPS能加壓成型的功能，但是并未升溫燒結。所述步驟（4）中SPS燒結中用的是Φ10的圓柱石墨磨具，所以最后得到的是直徑為Φ10的圓片。本專利技術采用一步法原位合成低維納米銀復合聚苯胺，在該反應過程中聚苯胺由DBSA摻雜。苯胺單體將低維納米銀還原出來附著在聚苯胺的片層結構上，增加了聚苯胺的導電通路，得到的熱電材料具有優異的熱電性能。本專利技術采用上述方法一步合成銀納米顆粒復合聚苯胺，制備的低維納米銀/PANI(聚苯胺)基熱電復合材料，電導率較高，電導率較低，從而使得復合材料的ZT值在整個溫區內顯著提高，最大增幅為281%。有益效果（1）本專利技術在維持基體熱電材料較低的熱導率基本不變的情況下，雖然賽貝克（Seeneck）系數有小幅度降低，電導率有大幅度增加，從而較大幅度的提高材料的熱電性能；（2）本專利技術采用一步法原位合成低維納米銀/PANI(聚苯胺），方法簡單便捷，成本低廉，可增加材料的利用率，改善生產工藝，降低生產成本，具有良好的產業化前景。附圖說明圖1本專利技術所得不同含量的硝酸銀的AgNPs/PANI(聚苯胺)復合材料粉體的紅外光譜圖；圖2本專利技術所得不同含量硝酸銀的AgNPs/PANI(聚苯胺)復合材料粉體的X射線衍射圖；圖3本專利技術所得8.5%wtAgNPs/PANI(聚苯胺)復合材料粉體不同倍數的場發射掃描電鏡圖；其中，圖a為20000倍時的場發射掃描電鏡圖；b,c,d為30000倍時的場發射掃描電鏡圖；圖4本專利技術所得不同AgNPs/PANI(聚苯胺)復合材料塊體的電導率與溫度的關系；圖5本專利技術所得不同AgNPs/PANI(聚苯胺)復合材料塊體的Seebeck系數與溫度的關系；圖6本專利技術所得不同AgNPs/PANI(聚苯胺)復合材料塊體的熱導率與溫度的關系；圖7本專利技術所得不同AgNPs/PANI(聚苯胺)復合材料塊體的ZT值與溫度的關系。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡述本專利技術。應理解，這些實施例僅用于說明本專利技術而不用于限制本專利技術的范圍。此外應理解，在閱讀了本專利技術講授的內容之后，本領域技術人員可以對本專利技術作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1組分為P型PANI基體粉末取11gDBSA(十二烷基苯磺酸)和600g去離子水于2L的燒杯中電動攪拌后DBSA均勻的溶解在去離子水中，最后溶液為半透明乳白色的DBSA溶液。取3g苯胺單體逐滴加入到該溶液中，電動攪拌3h，溶液會從半透明的乳白色溶液變成白色的乳濁液。將上述溶液置于4℃的冰浴中，配置溶液B:7.5gAPS(過硫酸銨)溶解于50g去離子水中。將B液逐滴滴加到上述溶液中。電動攪拌5h,反應過程中可以觀察到,溶液從乳白色變成淺綠色，再變成淺藍色，最后變成深藍色，溶液中很多氣泡。向溶液中加入300ml丙酮破乳，并且電動攪拌30分鐘，然后過濾，并用去離子水洗滌數次，冷凍干燥24h。將上述干燥得到的粉末用研缽研細，用SPS（放電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低維納米銀/聚苯胺基熱電材料，其特征在于：所述熱電材料為低維納米銀分散在聚苯胺的片狀結構中，納米銀的質量百分數為2.1%～8.5%。

【技術特征摘要】
1.一種低維納米銀/聚苯胺基熱電材料的制備方法，包括：(1)將十二烷基苯磺酸DBSA加入去離子水中，攪拌，溶解，得到DBSA溶液；(2)將含銀元素的化合物溶解在去離子水中，得到含Ag+溶液，然后逐滴加入上述DBSA溶液中，攪拌，得到混合溶液；(3)將苯胺單體逐滴加入上述混合溶液中，攪拌，得到乳濁液，然后置于冰浴中；其中冰浴溫度為4℃，攪拌時間為1-3h；(4)將過硫酸銨APS溶解于去離子水中，得到APS溶液，然后逐滴加入上述乳濁液中，攪拌3-5h，然后加入丙酮破乳，攪拌，過濾，洗滌，冷凍干燥，研磨，壓片，即得低維納米銀/聚苯胺基熱電材料，其中十二烷基苯磺酸DBSA、Ag元素、苯胺單體、過硫酸銨APS、丙酮的比例關系為0.0336摩爾：0.001-0.004摩爾：0.0322摩爾：0.0328摩爾：300ml。2.根據權利要求1所述的一種低維納米銀/聚苯胺基熱電材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)DBSA...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王連軍，王為杰，朱娟娟，江莞，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：