铜离子掺杂聚乙烯亚胺/碳纳米管热电薄膜的制备与表征

摘要

以单壁碳纳米管（SWCNT）为基体，掺入适量的Cu²⁺或[Cu（NH₃）₄]²⁺和聚乙烯亚胺（PEI），通过溶液共混和真空抽滤方法制备得到Cu²⁺-PEI/SWCNT和[Cu（NH₃）₄]²⁺-PEI/SWCNT复合薄膜。通过扫描电子显微镜法、X射线能谱仪、红外光谱、拉曼光谱和热电仪器表征了复合薄膜的结构与性能。研究结果表明：适量Cu²⁺和PEI掺杂SWCNT时，优化了SWCNT的载流子浓度和迁移率，提升了体系的电导率，最大电导率为1 101.3 S·cm^-1，功率因子最高达到93.4μW·m^-1·K^-2。掺杂[Cu（NH₃）₄]²⁺和PEI时，提升了SWCNT的载流子迁移率，显著提升了体系的塞贝克系数，最大塞贝克系数为45.0μV·K^-1，功率因子最高达到72.3μW·m^-1·K^-2。虽然Cu²⁺和[Cu（NH₃）₄]²⁺提升SWCNT热电性能的机理不同，但功率因子都高于PEI/SWCNT(55.7μW·m^-1·K^-2)。

关键词

铜离子 / 铜氨离子 / 聚乙烯亚胺 / 单壁碳纳米管 / 复合薄膜 / 热电性能

基金资助

国家自然科学基金（51803157）