导电聚苯胺及聚苯胺纳米复合材料的制备与性能研究
本文通过对导电聚苯胺(PAN)合成条件的详细研究，探究了聚苯胺的聚合机理，导电机理以及掺杂机理，并探索出最佳合成条件，在此条件下得到的聚苯胺具有较高电导率9.8S/cm。利用此条件制备了PAN/纳米TiO2复合材料，并探索了纳米TiO2的最佳用量。得到的复合材料电导率和溶解性能俱佳。与电化学方法制备的PAN/纳米TiO2复合材料相比，该复合材料具有电导率高、溶解性能好、可大量生产等优点。最后向PAN/纳米TiO2复合材料中添加稀土元素，并进一步研究了稀土元素对复合材料性能的影响。
导电聚苯胺的合成条件是关键性因素。傅立叶红外(FTIR)测试结果表明，聚苯胺的结构主要受氧化剂用量的影响，使用适量的氧化剂生成的聚苯胺的结构共轭程度更大，更有利于电子传输；电导率分析表明，酸浓度的高低将影响产物的单一性，适中的浓度范围有利于聚合按“头-尾”方式进行，链的单一性和有序性结构是聚苯胺具有高电导率的重要条件；实验事实表明，反应时间主要影响聚合物的分子量；要得到电导率和溶解性能俱佳的聚苯胺，掺杂剂的选择也很重要。
用电化学方法制备的PAN/纳米TiO2复合材料，通过紫外-可见漫反射吸收(UV-Vis)、抗菌实验、电导率测试手段对复合材料性能进行表征，得到的复合材料的结构为聚苯胺膜覆盖于纳米TiO2膜上，复合材料电导率达到0.82S/cm。
利用原位聚合法制得的PAN/纳米TiO2复合材料，通过FTIR、UV-Vis、电导率以及溶解率等方法对该复合材料的性能进行表征。分析表明，PAN与纳米TiO2有效的复合在一起，聚苯胺主链中的亚胺氮与Ti之间发生键合作用。与纯PAN相比，该复合材料的电导率有小幅下降，但溶解率有很大程度的提高；而且该复合材料在可见光区的光谱响应范围变宽。这表明，该复合材料在具备高电导率的同时将具有优异的光学特性。
将稀土元素引入到PAN/纳米TiO2复合材料的制备中，FTIR测试结果表明，加入稀土元素后，苯式结构中的N-H的振动吸收峰消失；UV-Vis测试结果显示，代表苯式结构的吸收峰由一个变为两个。根据以上测试结果分析推测，Ce与聚苯胺的苯式结构中的-N-可能发生键合作用。
导电聚苯胺;纳米复合材料;电导率;稀土元素添加
北京化工大学
硕士
应用化学
徐瑞芬
2006
中文
TM243;TB331
61
2006-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）