[发明专利]一种复合热电材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合热电材料及其制备方法，复合热电材料包括酸掺杂苯胺多聚体的金属络合物和单壁碳纳米管，单壁碳纳米管与酸掺杂苯胺多聚体的金属络合物通过弱相互作用力结合，所述酸掺杂苯胺多聚体的金属络合物由酸掺杂苯胺多聚体与过渡金属离子配位络合得到。基于本发明的复合材料具有优异的热电性能。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，具体涉及一种复合热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料可以将废热直接转化为电能，成为当前世界应对能源危机和环境恶化有效方案之一，目前大多数的研究集中于无机热电材料，而由于成本高、制造工艺复杂及重金属污染等问题，使得无机热电材料的应用受到限制。相比之下，有机热电材料具有成本低、柔韧性好以及原材料资源丰富等优点，使之成为现在研究的主要热点。在导电聚合物中，聚苯胺(PANI)被认为是最有前途的热电材料之一，因其具有较好的导电性，多样化的结构，独特的掺杂机制，优异的物理性能和良好的环境稳定性，使其成为导电聚合物研究的重点，但是其热电性能仍有待提升，现有技术中通过聚苯胺/碳纳米管(CNT)复合制备聚苯胺的复合材料以提升聚苯胺的热电性能，二者的复合对聚苯胺热电性能改善有限。

发明内容

本发明解决的技术问题为：提供一种复合热电材料及其制备方法，用以解决现有技术中以聚苯胺类为主的导电聚合物电导率和塞贝克系数低的问题。本发明的复合材料包含酸掺杂苯胺多聚体的金属络合物和单壁碳纳米管，相比于聚苯胺，该复合材料具有优异的热电性能。

本发明提供的具体解决方案如下：

本发明提供了一种复合热电材料，复合热电材料包括酸掺杂苯胺多聚体的金属络合物和单壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管与所述酸掺杂苯胺多聚体的金属络合物通过弱相互作用力结合，所述酸掺杂苯胺多聚体的金属络合物由酸掺杂苯胺多聚体与过渡金属离子配位络合得到。

基于本发明的技术方案，苯胺多聚体为小分子，其在分子拓展性以及自组装能力上较聚苯胺更具优势，尤其在与过渡金属离子络合后，其电导率以及热电性能会有很大程度地提升；单壁碳纳米管具有良好的热稳定性，良好的电性能和机械性能，同时其可以在小载荷量下极大地提高聚合物的导电性和加工成型性。因此，以酸掺杂苯胺多聚体与过渡金属离子配位得到的金属有机络合物与单壁碳纳米管复合可得到热电性能优异的复合材料。

具体的，所述单壁碳纳米管与所述酸掺杂苯胺多聚体的金属络合物存在π-π、氢键等弱作用力。

进一步，所述过渡金属离子选自Cu²⁺、Ag⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺中的任意一种。

具体的，所述过渡金属离子为Ag⁺时，所述酸掺杂苯胺多聚体的金属络合物由所述酸掺杂苯胺多聚体与过渡金属离子按照2:1进行配位络合得到，所述过渡金属离子为Cu²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺时，所述掺杂苯胺多聚体的金属络合物由所述酸掺杂苯胺多聚体与过渡金属离子按照4:1进行配位络合得到,所述过渡金属离子为Fe³⁺时,所述掺杂苯胺多聚体的金属络合物由所述酸掺杂苯胺多聚体与过渡金属离子按照6:1进行配位络合得到。

以苯胺四聚体为基体，将其与适当的金属离子进行针对性的设计，可改变复合材料的费米能级，带隙和态密度等，从而实现对苯胺多聚体的电荷传输性能进行调控。

进一步，所述酸掺杂苯胺多聚体的金属络合物与单壁多碳纳米管质量比为(1-9):(1-9)。