基于離子液體的導電聚苯胺及其復合材料的制備方法與性能研究.pdf

1、自上世紀70年代首次成功合成導電聚合物聚乙炔以來，導電高分子材料因其獨特的物理化學性能受到國內(nèi)外學者廣泛關注。而聚苯胺因其具有多樣化的結構、特殊的質(zhì)子摻雜型、良好的氧化還原性、較好的環(huán)境穩(wěn)定性、優(yōu)異的物理性能、原料廉價易、電導率高，且合成方法簡單、條件易于控制等諸多優(yōu)點，被認為是最具有商業(yè)應用前景的導電高分子材料之一，受到了國內(nèi)外研究人員的廣泛關注和研究。本論文以聚苯胺為研究對象，在離子液體環(huán)境中制備得到了一系列聚苯胺基“聚合物-粘土”

2、導電復合材料。
　　本論文選用氨基磺酸為摻雜劑，過硫酸銨為氧化劑，在氯化1-羧甲基-3甲基咪唑離子液體中，采用化學氧化法制備得到了基于離子液體的導電聚苯胺。對離子液體環(huán)境中聚苯胺的合成工藝進行了優(yōu)化，研究了合成條件:摻雜劑用量、氧化劑用量、離子液體用量、合成時間對聚苯胺導電性能的影響。同時，對聚苯胺的結構及性能進行了研究。結果表明:當mSA=1g、mAPS=1.7 g、m[CMMIm]Cl=5g、反應時間為2h時，所得聚苯胺電導率

3、最高達2.5 S/cm，并且具有較好的環(huán)境穩(wěn)定性。
　　在上述工作的基礎上，本論文進一步研究制得了“聚合物-粘土”導電復合材料—基于離子液體的聚苯胺-凹凸棒土復合材料。使用未經(jīng)處理的凹凸棒土原土，采用化學氧化法在離子液體環(huán)境中制得該復合材料，研究了凹凸棒土用量的改變對復合材料電導率的影響，并對其結構、性能及導電網(wǎng)絡進行了研究。結果表明:當mATP=0.15 g（即mATP/mAn=0.15）時，復合材料電導率最高達10 S/cm，

4、這說明在離子液體環(huán)境中，聚苯胺對凹凸棒土形成了較好的包覆，利用凹凸棒土的棒晶結構相互搭接，起到橋梁作用，促進了導電通路的形成，使得基于離子液體的聚苯胺-凹凸棒土復合材料的電導率較離子液體環(huán)境的聚苯胺有較大提高。
　　本論文進一步研究制得了基于離子液體的聚苯胺-蒙脫土導電復合材料。采用化學氧化法在離子液體中制備復合材料，研究了在離子液體環(huán)境中蒙脫土的分散時間對層間距的影響、合成條件中蒙脫土用量對復合材料電導率的影響，并對導電網(wǎng)絡、結

5、構及性能進行了研究。結果表明:當蒙脫土在離子液體中分散2h時，蒙脫土的層間距由1.27 nm增大至1.70 nm;當mMMT=0.05 g（即mMMT/mAn=0.05）時，復合材料的電導率最高達5 S/cm。在這一實驗離子液體環(huán)境有效的促進了蒙脫土層間距的增大，使得苯胺單體更易進入層間，當引發(fā)聚合后，聚苯胺在層間聚合的同時，吸附在表面苯胺單體同時聚合，形成包覆結構，促進了電導率的提高。
　　為了與上述兩種不同結構粘土（凹凸棒土為

6、棒狀結構，蒙脫土為片層結構）相比較，本文還研究了離子液體基聚苯胺-微硅粉導電復合材料。采用化學氧化法在離子液體中制備復合材料，研究了二氧化硅含量不同的微硅粉及合成中微硅粉的使用量對復合材料電導率的影響，并對結構、性能及導電網(wǎng)絡進行了研究。結果表明:當SiO2＞70％，mSF=0.2 g（即mSF/mAn=0.2）時，電導率最高達1.6 S/cm;當SiO2＞90％，mSF=0.07 g（即mSF/mAn=0.07）時，電導率最高達0.9

7、1 S/cm。
　　本論文的創(chuàng)新點在于:首次將離子液體引入聚苯胺原位溶液聚合-化學氧化法制備出具有較好導電性及穩(wěn)定性的基于離子液體的聚苯胺導電材料。分別使用凹凸棒土原土、蒙脫土原土及微硅粉制備基于離子液體的聚苯胺-粘土導電復合材料，這其中離子液體既充當了質(zhì)子源同時也作為改性劑得以應用，并且復合材料電導率較高。從導電結構模型上進一步分析了所用粘土不同形貌對復合材料導電性能的影響，為今后如何提高該類材料導電性能及在相關方面的應用提供了