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聚苯胺/碳纳米管复合材料的制备及性能研究

作　者: 李丹丹
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: 聚苯胺 碳纳米管 复合材料 电导率 化学氧化聚合 电化学聚合
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


聚苯胺作为一种原料易得、合成简便、价格低廉、具有独特掺杂机制的导电聚合物,多年来一直是人们的研究热点。而碳纳米管作为一种准一维纳米材料,其优异的电学性能、光学性能、力学性能更是日益受瞩目。若将二者优异性能相结合,有望得到性能更加优异的复合材料。以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为分散剂对碳纳米管进行物理修饰,以过硫酸铵为氧化剂,以磺基水杨酸做掺杂剂,在酸性水溶液中运用化学氧化法制备了聚苯胺/碳纳米管复合材料,同时考查了各种工艺条件对产物电导率的影响并进行优化。通过实验得到的优化条件为:氧化剂过硫酸铵与苯胺单体物质量比为1.0:1、碳纳米管的加入量为苯胺质量的7%、磺基水杨酸与苯胺的摩尔比为0.3:1、反应温度为0℃、氧化剂的滴加时间为2小时等条件下得到产物的电导率高。运用四探针测试仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、热失重分析(TGA)、紫外可见光谱分析(UV-vis)等测试手段对所得产物的电导率、结构及性能进行测试和表征,并对聚苯胺/碳纳米管复合材料的形成机理进行了研究。以柠檬酸为掺杂剂,在硫酸溶液中运用电化学法制备了聚苯胺和聚苯胺/碳纳米管复合材料,同时考查了多种工艺条件对产物电导率的影响。结果表明,柠檬酸浓度、硫酸浓度都会对产物的电导率和微观形貌产生影响。运用四探针测试仪、扫描电镜(SEM)对产物进行了测试,并且采用电化学工作站测试了制备产物的电化学性能,结果表明,柠檬酸浓度较低时聚苯胺的氧化还原性略好,且容纳电荷能力较高,且聚苯胺/碳纳米管复合材料的阻抗低于聚苯胺,电化学性能较为优异。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-21
  §1-1 碳纳米管  10-12
    1-1-1 碳纳米管的发展历史  10
    1-1-2 碳纳米管的结构  10-11
    1-1-3 碳纳米管的特性及应用  11-12
  §1-2 聚合物/碳纳米管复合材料  12-13
    1-2-1 聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法  12
    1-2-2 聚合物/碳纳米管复合材料中碳纳米管的改性方法  12-13
  §1-3 导电聚合物  13-15
    1-3-1 导电聚合物的研究历史  13
    1-3-2 导电聚合物的分类  13-14
    1-3-3 导电聚合物的导电机理  14
    1-3-4 导电聚合物的掺杂类型  14-15
    1-3-5 导电聚合物性能与应用  15
  §1-4 聚苯胺  15-20
    1-4-1 聚苯胺的结构  15-16
    1-4-2 聚苯胺的掺杂  16-17
    1-4-3 聚苯胺的合成方法及聚合机理  17-19
    1-4-4 聚苯胺的应用  19-20
  §1-5 本课题研究目的和内容  20-21
第二章 化学氧化法聚苯胺/碳纳米管复合材料的制备与表征  21-38
  §2-1 引言  21
  §2-2 实验部分  21-24
    2-2-1 实验原料  21-22
    2-2-2 实验仪器与设备  22
    2-2-3 苯胺提纯溶液的制备  22-23
    2-2-4 聚苯胺/碳纳米管复合材料的合成方案  23
    2-2-5 聚苯胺的性能测试与表征  23-24
  §2-3 结果与讨论  24-37
    2-3-1 各种因素对聚苯胺/碳纳米管复合材料电导率的影响  24-28
    2-3-2 各种因素对聚苯胺/碳纳米管复合材料形貌的影响  28-32
    2-3-3 聚苯胺/碳纳米管复合材料的透射电镜（TEM）照片  32-33
    2-3-4 以三氯化铁为氧化剂时聚苯胺/碳纳米管的电镜图  33-34
    2-3-5 聚苯胺/碳纳米管复合材料的傅里叶红外光谱图（FT-IR）  34-35
    2-3-6 聚苯胺/碳纳米管复合材料的紫外可见光谱图（UV-vis）  35-36
    2-3-7 聚苯胺/碳纳米管复合材料的热失重分析（TGA）  36
    2-3-8 聚苯胺/碳纳米管复合材料的形成机理  36-37
  §2-4 本章小结  37-38
第三章 电化学法聚苯胺及聚苯胺/碳纳米管复合材料的制备及表征  38-50
  §3-1 引言  38
  §3-2 实验部分  38-40
    3-2-1 实验原料  38-39
    3-2-2 实验仪器与设备  39
    3-2-3 实验步骤  39-40
    3-2-4 聚苯胺和聚苯胺/碳纳米管复合材料的测试及表征  40
  §3-3 结果与讨论  40-49
    3-3-1 循环伏安法合成聚苯胺的研究  40-44
    3-3-2 恒电位法合成聚苯胺的研究  44-46
    3-3-3 电化学法聚苯胺和聚苯胺/碳纳米管复合材料性能分析比较  46-49
  §3-4 本章小结  49-50
第四章 结论  50-51
参考文献  51-56
致谢  56-57
攻读学位期间所取得的相关科研成果  57

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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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