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电磁功能化导电聚合物的制备及其结构表征

作　者: 崔志洁
导　师: 于良民；张志明
学　校: 中国海洋大学
专　业: 应用化学
关键词: 聚吡咯 3,4一聚乙烯二氧噻吩(PEDOT) 聚苯胺/TiO2 化学一步法电磁功能化
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

导电聚合物因其主链的高度共轭结构、结构多样化、可调的电导率以及可加工性等特点受到科学家的广泛关注。尤其是导电聚合物微/纳米结构成为纳米结构和纳米技术领域的研究热点,而通过与无机纳米粒子复合使导电高聚物纳米材料多功能化又是导电聚合物微/纳米结构研究领域的热点。电磁功能化的导电聚合物具有特殊的物理性质和化学性质,得到了广泛的研究。本论文首先采用“无模板”法进行3,4-聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)微/纳米结构的研究,并在此工作基础上通过“化学一步法”,将导电聚合物的氧化聚合和磁性氧化铁的制备有机结合,成功合成了导电聚合物聚合物/γ-Fe2O3微/纳米结构,解决了磁性纳米粒子的分散性问题。主要取得了以下研究结果：1.通过“化学一步”法,将γ-Fe2O3的制备过程与吡咯的聚合氧化同时进行,成功地得到了高电导率的聚吡咯(PPy)/γ-Fe2O3微/纳米复合物,大大简化了实验步骤。实验过程中发现,掺杂剂TsOH/吡咯(Py)的摩尔比对产物的形貌,电导率以及磁性均具有重要影响。产物是分散均匀的微/纳米球,其平均直径140-250nm。当TsOH/Py=2时,其电导率达到最大值42.86S/cm。产物的磁性随着TsOH的量的增大而减小,当TsOH/Py=0.1时,饱和磁矩最大值达到2.0emu/g。其它的酸(全氟辛酸、三氟乙酸、磷酸和乙酸)做掺杂剂对产物的形貌均是分散均匀的微/纳米球,其平均直径在79～90nm,电导率在20～30 S/cm之间。在反应过程中可以通过改变反应物中FeCl3.6H2O和FeCl2.4H2O的用量来分别改变产物的电学和磁学性能。2.采用“无模板”法,考察不同种类的氧化剂对制备PEDOT的影响。发现氧化剂FeCl3.6H2O的氧化效果最好,并且其用量对产物的形貌及其导电率有很大影响。FeCl3.6H2O的用量为7.58g时,成功制备了PEDOT微/纳米结构。同时,还考察了不同表面活性剂对PEDOT微/纳米结构的影响,发现十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚(OP-10)、萘磺酸钠(NaANS)作为表面活性剂时,产物的产率和电导率都较没加表面活性剂时大,且电导率较高,分别达到33.8、43.5、37.8 S/cm,并且通过CTAB的量的变化实现由球型向半球型的转变。在上述实验基础上,采用“化学一步法”成功制备了电磁功能化PEDOT。采用CTAB作为表面活性剂时都得到了高产率高导电率高磁性的目标产物,其电导率和最大磁化强度分别为48.7 S/cm和18.8 emu/g。3.采用具有八面体形貌的氧化亚铜为模板,成功制备了聚苯胺/TiO2(PANI/TiO2)微/纳米球,TiO2纳米粒子很均匀地分散在聚苯胺中。研究了不同TiO2/苯胺(TiO2/AN)摩尔比对PANI/TiO2复合物的结构、形貌和电学性能的影响。实验结果表明,随着TiO2/AN摩尔比的增加,PANI/TiO2复合物的直径逐渐减小,当TiO2/AN摩尔比为0.16时,复合物的平均直径为373 nm,而当TiO2/AN摩尔比增加到1.6时,复合物的平均直径降到80nm。PANI/TiO2复合微/纳米球的电导率随着TiO2/AN摩尔比的增加先升高后降低,当TiO2/AN摩尔比达到1.6时,电导率由10-4S/cm提高到100S/cm,达到最大值。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章前言  11-25
  1.1 导电聚合物概述  11-12
    1.1.1 引言  11
    1.1.2 典型的导电聚合物  11-12
  1.2 导电聚吡咯  12-15
    1.2.1 聚吡咯的合成方法  13
    1.2.2 聚吡咯的基本特性  13-15
  1.3 导电聚噻吩  15-16
    1.3.1 PEDOT的合成方法  15
    1.3.2 PEDOT的应用  15-16
  1.4 导电聚苯胺  16-18
    1.4.1 聚苯胺的合成方法  16-17
    1.4.2 聚苯胺的导电机理  17-18
    1.4.3 聚苯胺的应用  18
  1.5 导电聚合物微纳米结构  18-22
    1.5.1 "模板"法  19-20
    1.5.2 无模板法  20-22
  1.6 功能化的导电聚合物的微/纳米结构  22-23
  1.7 课题的提出  23-25
第二章 "化学一步法"合成兼具电磁功能的聚吡咯微/纳米结构  25-43
  2.1 实验部分  25-27
    2.1.1 试剂  25-26
    2.1.2 仪器设备  26
    2.1.3 聚吡咯/γ-Fe_2O_3复合物的合成  26
    2.1.4 结构表征与性能测试  26-27
  2.2 结果与讨论  27-42
    2.2.1 对甲苯磺酸(TsOH)掺杂PPy/γ-Fe_2O_3  27-30
    2.2.2 其它掺杂剂掺杂PPy/γ-Fe_2O_3  30-33
    2.2.3 FeCl_2.4H_2O的用量对PPy的影响  33-38
    2.2.4 无掺杂剂的PPy/γ-Fe_2O_3微/纳米结构  38-42
  2.3 本章小结  42-43
第三章 3,4-聚乙烯二氧噻吩微/纳米结构及其电磁功能化  43-55
  3.1 实验部分  43-45
    3.1.1 试剂  43-44
    3.1.2 仪器设备  44
    3.1.3 PEDOT微/纳米结构及电磁功能化PEDOT微/纳米结构的制备  44-45
    3.1.4 结构表征与性能测试  45
  3.2 结果与讨论  45-53
    3.2.1 低浓度的表面活性剂制备PEDOT微/纳米结构  45-51
    3.2.2 高浓度表面活性剂(NaANS)制备PEDOT  51-52
    3.2.3 一步法制备PEDOT/Fe_2O_3  52-53
  3.3 结论  53-55
第四章导电聚苯胺/TiO_2微/纳米球的制备及其结构表征  55-65
  4.1 实验部分  56-57
    4.1.1 试剂  56
    4.1.2 仪器设备  56
    4.1.3 聚苯胺/TiO_2微/纳米球的制备  56-57
    4.1.4 结构表征与性能测试  57
  4.2 结果与讨论  57-62
    4.2.1 氧化亚铜的形貌  57-58
    4.2.2 TiO_2的用量对产物形貌的影响  58-60
    4.2.3 TiO_2的用量对电学性能的影响  60-61
    4.2.4 PANI/TiO_2微/纳米球的形成机理  61-62
  4.3 结构表征  62-64
  4.4 结论  64-65
第五章结论与展望  65-67
  5.1 结论  65-66
  5.2 创新点  66
  5.3 存在的问题  66-67
参考文献  67-75
致谢  75-77
个人简历  77
发表的学术论文  77

电磁功能化导电聚合物的制备及其结构表征

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