[发明专利]一种苯胺低聚物、其复合材料以及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种苯胺低聚物、其复合材料以及其制备方法和用途，所述苯胺低聚物具有纳米线结构，组成为酸掺杂苯胺四聚体。基于本发明的苯胺低聚物，不仅保持了聚苯胺优异的可逆氧化还原性、可逆掺杂性和环境稳定性，较高的电导率，并且其相对分子质量较小，微观结构更容易调控，质子酸进入苯胺四聚体骨架中，可提高苯胺四聚体的导电性，一维纳米线结构构成良好的导电通道，进一步提高材料热电性能。单壁碳纳米管与苯胺低聚物通过弱作用力结合，可进一步提高材料的热电性能。

技术领域

本发明属于热电材料领域，具体涉及一种苯胺低聚物、其复合材料以及其制备方法和用途。

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。

发明内容

本发明解决的技术问题为：提供一种苯胺低聚物、其复合材料以及其制备方法和用途，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，基于本发明的苯胺低聚物及其复合材料，具有优异的热电性能。

本发明提供的具体解决方案如下：

本发明提供了一种苯胺低聚物，所述苯胺低聚物具有纳米线结构。所述苯胺低聚物的组成为酸掺杂苯胺四聚体。

与聚苯胺相比，苯胺低聚物不仅保持了聚苯胺优异的可逆氧化还原性、可逆掺杂性和环境稳定性，较高的电导率，并且其相对分子质量较小，微观结构更容易调控，对于酸掺杂苯胺四聚体，质子酸进入苯胺四聚体骨架中，提高了苯胺四聚体骨架的导电性，一维纳米线结构构成良好的导电通道，可进一步提高材料导电性，基于本发明的苯胺低聚物，组成为酸掺杂苯胺四聚体且具有一维纳米线结构，具有较佳的热电性能。

进一步，所述纳米线的直径为20～40nm，长度为0.5～2μm。

上述尺寸下具有优异的导电性能。

在上述方案的基础上，本发明还可以进行如下改进：

本发明还提供了一种如上所述的苯胺低聚物的制备方法，包括如下步骤：

S1、将N-苯基-1，4-苯二胺充分分散于盐酸溶液中得到N-苯基-1，4-苯二胺的悬浮液，在所述悬浮液中滴加氧化剂溶液后，反应液在冰浴中反应4～8h，所述盐酸溶液中盐酸的浓度为0.05～0.2M，所述氧化剂选自过硫酸铵、氯化铁(III)中的任意一种或二者任意比例的混合物，所述氧化剂与所述N-苯基-1，4-苯二胺物质的量的比为1～1.5:1；

S2、对反应液进行固液分离、洗涤除杂得到所述苯胺四聚体；

S3、将S2中的苯胺四聚体分散于乙醇和盐酸溶液的混合液后，静置3～5天，得到所述苯胺低聚物(即纳米结构的苯胺四聚体)。

由苯胺的二聚物单体得到苯胺四聚体单体，以苯胺四聚体为基体，苯胺四聚体分子结构小，更容易形成有序的扩展结构，苯胺四聚体在乙醇和盐酸溶液的混合液中进行酸掺杂、自组装形成一维纳米线结构，形成良好的导电通道。且由于质子酸进入到苯胺四聚体的骨架中，使得苯胺四聚体的导电性能得到进一步提升。该制备方法工艺简单、效率高、成本低，可实现工业化批量生产，且制备得到的纳米线结构苯胺四聚体分子结构更小，有序性，拓展性更强，与其他材料的复合和组装性能更佳，结合力更强。

进一步，其特征在于，步骤S2中固液分离得到酸掺杂苯胺四聚体，经盐酸溶液洗涤，碱溶液洗涤，乙醇和水交替洗涤除杂后得所述苯胺低聚物。