超重力強化制備納米聚苯胺及其功能化復(fù)合材料研究.pdf

1、納米聚苯胺因具有原料易得、合成簡便、良好的導(dǎo)電性、獨特的氧化還原特性、相對較好的溶解性等特點，引起了人們的廣泛重視和研究?；瘜W(xué)氧化聚合法是可規(guī)模化制備納米聚苯胺的重要方法之一，而超重力是重要的化工過程強化新技術(shù)。建立在這兩種技術(shù)基礎(chǔ)之上，本課題組成功首創(chuàng)了超重力化學(xué)氧化聚合法（簡稱超重力法），成為可規(guī)?；铣筛咝阅芗{米聚苯胺纖維的一個新方法。為了進一步優(yōu)化工藝并提高產(chǎn)品性能，本論文研究了不同工藝對超重力法制備聚苯胺過程和產(chǎn)品性能的影響及

2、影響機理，確定以超重力間歇工藝為主要研究對象，并以此為基礎(chǔ)，研究添加劑對該制備過程和所得產(chǎn)品性能的影響和機理，得到了形貌和性能優(yōu)異的聚苯胺納米纖維及聚苯胺復(fù)合材料。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.考察了超重力法制備聚苯胺工藝對產(chǎn)品的影響，結(jié)果表明:采用超重力間歇工藝得到了聚苯胺納米纖維，與機械攪拌法所得產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品的組成、結(jié)構(gòu)、分子量以及電化學(xué)穩(wěn)定性等區(qū)別不大，但比表面積(49.1 m2/g)和電導(dǎo)率(108.1 S/m)分別增大

3、了26.2％和15.2％，提高了聚苯胺在電化學(xué)反應(yīng)時的有效利用率和電子傳導(dǎo)速率，使比電容(667.6 F/g)增大了77.6％。采用了超重力循環(huán)工藝制備出了邊長為100-150 nm的立方體聚苯胺納米顆粒，隨溫度升高該顆粒有向纖維轉(zhuǎn)變的趨勢。在干燥的過程中該顆粒會發(fā)生二次團聚，形成聚苯胺纖維。這種立方體顆粒的形成可能是由于超重力旋轉(zhuǎn)床中強烈的混合作用打破了聚苯胺顆粒組裝成聚苯胺纖維的過程。由于間歇工藝的重復(fù)性和產(chǎn)品的比表面積較高，對聚苯

4、胺導(dǎo)電性和電化學(xué)性能有直接影響，因此選擇超重力間歇法作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)。
　　2.為改善聚苯胺納米纖維的形貌及性能，采用N-苯基對苯二胺(AD)和對苯二胺(AP)作為添加劑，考察了添加劑用量、反應(yīng)溫度、旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)速等對產(chǎn)品性能的影響。結(jié)果表明:AD和AP均能促進聚苯胺纖維的生長，所得聚苯胺的平均長徑比最高分別可達19.4和37.4，比電容最高分別為527.5和552 F/g。比電容增大的原因是這兩種添加劑的氧化電勢較低，先于苯胺成核

5、，加速反應(yīng)的進行，使超重力旋轉(zhuǎn)床中的聚合反應(yīng)更趨近于均相成核，得到高長徑比的聚苯胺纖維，從而提高聚苯胺在電化學(xué)反應(yīng)中的有效利用率和電子傳輸速率。此外，添加劑的分子結(jié)構(gòu)對產(chǎn)品的形貌也有重要影響。
　　3.以多壁碳納米管為添加劑，研究它對超重力法制備納米聚苯胺過程的影響和影響機理，考察了多壁碳納米管含量、碳納米管表面官能團等因素對產(chǎn)品形貌及導(dǎo)電性能的影響，得到了聚苯胺/多壁碳納米管復(fù)合材料。結(jié)果表明:聚苯胺在多壁碳納米管上可包覆形成均

6、勻的核殼結(jié)構(gòu)（直徑30-50 nm）。接枝在多壁碳納米管上的苯胺基團參與了苯胺的聚合，并與聚苯胺之間形成共價鍵。多壁碳納米管的加入形成了導(dǎo)電通道，可使聚苯胺的電導(dǎo)率增大9倍。與機械攪拌法相比，超重力法由于其良好的微觀混合作用，有利于獲得包覆均勻的產(chǎn)品。
　　4.以石墨烯為添加劑，研究它對超重力法制備納米聚苯胺過程的影響和影響機理，考察了石墨烯含量、苯胺濃度、氧化劑/苯胺摩爾比等因素對產(chǎn)品性能的影響，得到了聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料。結(jié)