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聚吡咯/碳纳米管复合材料的制备与性能的研究

作　者: 张威
导　师: 任丽
学　校: 河北工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚吡咯 碳纳米管 纳米线 电导率 循环伏安 交流阻抗
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


聚吡咯(PPy)是一种具有共轭结构的新型高分子材料,环境稳定性好、电导率较高、电化学可逆性强;而碳纳米管(MWCNTs)由于具有小尺寸、大的比表面积,独特的力学、电学等优点,被认为是聚合物复合材料的理想添加相。本文合成了PPy纳米线,并考查了PPy微观形貌对材料电导率的影响;合成了PPy/MWCNTs复合材料;最后采用电化学法制备出PPy/MWCNTs复合膜,通过循环伏安和交流阻抗测试其电化学性能。采用十六烷基二甲基乙基溴化铵(EHDAB)为模板制备出聚吡咯纳米线,当过硫酸铵(APS)逐滴加入并在搅拌的情况下,形貌规则且直径为60nm。当反应时间为4h,单体的用量为0.5ml,APS与吡咯物质量之比是1 : 1,EHDAB用量为0.20g,冰浴条件下制备出的聚吡咯纳米线形貌最好且电导率最高,达到19.48S/cm,并通过正交试验得出反应条件对其电导率的影响程度。当吡咯单体的用量为0.5ml,n(FeCl3) : n(Py)=1.6,磺基水杨酸的用量为1.44g,MWCNTs的质量分数为5%,反应时间为6h,在冰浴条件下制备出的复合材料为同轴的管状结构且电导率最高,达到63.83S/cm。运用SEM、TEM、TGA、四探针测试仪、FTIR等手段对聚吡咯纳米线和复合材料的微观形貌、热稳定性、电导率及结构进行表征。采用电化学法制备出PPy膜和PPy/MWCNTs复合膜,通过循环伏安和交流阻抗等测试手段研究其电化学性能。聚合时间和聚合电压对EIS曲线有很大的影响,且PPy/MWCNTs复合膜的电化学阻抗低于纯PPy的。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-19
  §1-1 导电聚合物  10-14
    1-1-1 前言  10-11
    1-1-2 导电聚合物的性质  11
    1-1-3 导电聚合物的掺杂特性  11
    1-1-4 导电聚吡咯  11-14
  §1-2 碳纳米管及应用研究  14-16
    1-2-1 碳纳米管的结构  14
    1-2-2 碳纳米管的改性  14-15
    1-2-3 碳纳米管的特性  15
    1-2-4 碳纳米管的应用  15-16
  §1-3 聚合物/碳纳米管复合材料  16-18
    1-3-1 聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法  16-17
    1-3-2 聚合物/碳纳米管复合材料的性能及应用  17-18
  §1-4 本论文的研究背景和主要研究内容  18-19
    1-4-1 研究背景  18
    1-4-2 主要研究内容  18-19
第二章 聚吡咯纳米线的制备及其性能研究  19-35
  §2-1 引言  19
  §2-2 实验部分  19-21
    2-2-1 实验原料与实验仪器  19-20
    2-2-2 聚吡咯纳米线的制备  20
    2-2-3 测试与表征  20-21
  §2-3 聚吡咯纳米线的表征  21-34
    2-3-1 聚吡咯纳米线的电导率单因素分析  21-24
    2-3-2 聚吡咯导电性的正交试验分析  24-25
    2-3-3 聚吡咯的微观形貌  25-31
      2-3-3-1 EHDAB用量对聚吡咯微观形貌的影响  25-27
      2-3-3-2 反应温度对聚吡咯微观形貌的影响  27-28
      2-3-3-3 氧化剂加入方式和搅拌情况对聚吡咯微观形貌的影响  28-29
      2-3-3-4 氧化剂用量对聚吡咯微观形貌的影响  29-30
      2-3-3-5 氧化剂种类对聚吡咯微观形貌的影响  30-31
    2-3-4 聚吡咯微观形貌与电导率之间的关系  31-32
    2-3-5 聚吡咯纳米线的红外光谱分析  32-33
    2-3-6 聚吡咯纳米线的热稳定性分析  33-34
  §2-4 本章小结  34-35
第三章 化学氧化法聚吡咯/碳纳米管复合材料的制备  35-43
  §3-1 引言  35
  §3-2 实验部分  35-36
    3-2-1 实验原料与仪器  35-36
    3-2-2 聚吡咯/碳纳米管复合材料的制备  36
    3-2-3 表征及性能测试  36
  §3-3 结果与讨论  36-42
    3-3-1 聚吡咯/碳纳米管复合材料电导率单因素分析  36-39
    3-3-2 聚吡咯/碳纳米管的微观形貌分析  39-40
    3-3-3 聚吡咯/碳纳米管的形成机理  40-41
    3-3-4 聚吡咯/碳纳米管的红外谱图分析  41
    3-3-5 聚吡咯/碳纳米管的热稳定性分析  41-42
  §3-4 本章小结  42-43
第四章 电化学法聚吡咯/碳纳米管复合膜的制备与电化学性能  43-55
  §4-1 引言  43
  §4-2 实验部分  43-45
    4-2-1 实验原料及仪器  43-44
    4-2-2 碳纳米管的预处理  44
    4-2-3 钢片的预处理  44
    4-2-4 工艺流程  44-45
    4-2-5 表征及测试  45
  §4-3 结果与讨论  45-53
    4-3-1 聚吡咯/碳纳米管复合膜的导电性  45-46
    4-3-2 微观形貌分析  46-49
    4-3-3 红外光谱分析  49
    4-3-4 热失重分析  49-50
    4-3-5 聚吡咯膜的循环伏安特性研究  50-51
    4-3-6 电化学阻抗谱研究  51-53
  §4-4 本章小结  53-55
第五章 结论  55-56
参考文献  56-61
致谢  61-62
攻读学位期间所取得的相关科研成果  62

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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