離子液體中聚吡咯-四氧化三鐵磁性納米復合材料的制備及性質(zhì)研究.pdf

1、納米級的Fe3O4具有顆粒粒徑小，比表面積高等特點，是一種多功能磁性材料。碳納米管(CNTs)獨特的力學、電學、磁學等性能，被廣泛應用于電磁納米復合材料中。共軛導電高分子聚吡咯(PPy)具有電導率高、穩(wěn)定性好、柔韌性好、易加工等優(yōu)點，又因為它的尺寸是納米級的，因此，具有與常規(guī)材料相比不同的光、電、聲和磁方面的性能。本文首次以磁性離子液體(MIL)1-丁基-3-甲基咪唑四氯化鐵鹽([bmim]FeCl4)作為反應原料兼溶劑，制備了Fe3O

2、4納米粒子；以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯化鹽([bmim]Cl)為多壁碳納米管(MWCNTs)的分散劑和反應的溶劑，在MWCNTs的表面負載了Fe3O4納米粒子；以[bmim]FeCl4作為反應的溶劑和聚合反應的氧化劑，制備了PPy/Fe3O4和PPy/Fe3O4/MWCNTs納米復合材料。這是一種在磁性離子液體中，不添加其他摻雜劑的條件下，制備導電聚合物磁性納米復合材料的一種簡便易行的新方法。具體內(nèi)容如下：
　　(1)采用

3、化學共沉淀的方法，以[bmim]FeCl4、FeCl2·4H2O和氨水為原料，制備了Fe3O4納米粒子。納米粒子的粒徑在5~8 nm，粒徑小，且比較均勻，但有團聚現(xiàn)象。從 X射線晶體衍射(XRD)譜圖的分析可以看出，F(xiàn)e3O4納米粒子的吸收峰尖銳，峰型較寬，說明Fe3O4納米粒子的結(jié)晶性較好。穆斯堡爾譜圖顯示出Fe3O4納米粒子具有良好的鐵磁性和一定的超順磁性。
　　(2)以[bmim]FeCl4作為吡咯(Pyrrole)單體聚合

4、的氧化劑和反應溶劑，采用原位聚合的方法，制備了聚吡咯/四氧化三鐵(PPy/Fe3O4)納米復合材料。實驗結(jié)果表明，隨著吡咯單體量的增加，復合材料的形貌逐漸趨向于球形，但吡咯單體達到一定量后，復合材料的形貌又由原來的球形，變?yōu)榻Y(jié)合在一起的塊狀物。復合材料導電性的變化趨勢與形貌的變化趨勢是一致的，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，導電性最高達3.1 S/cm，對于純PPy來說有所提高。熱重分析顯示復合材料的熱穩(wěn)定性較純PPy有所提高。對復合材料的微波

5、吸收性能進行了研究，研究表明PPy5.0/Fe3O4納米復合材料的微波吸收性能最好，最高反射損失可達-32.61 dB，反射損失小于-10 dB的頻寬為5 GHz。
　　(3)將多壁碳納米管(MWCNTs)超聲分散在含有[bmim]FeCl4的[bmim]Cl中，制備了負載有Fe3O4納米粒子的MWCNTs，即Fe3O4/MWCNTs納米復合材料。復合材料的SEM和TEM圖中可以看到，MWCNTs的表面負載有許多Fe3O4納米粒子

6、。復合材料的XRD圖中也可以看出，F(xiàn)e3O4結(jié)晶性仍然良好。穆斯堡爾譜顯示出，復合材料具有一定的鐵磁性和超順磁性。
　　(4)以[bmim]FeCl4作為Fe3O4/MWCNTs納米復合材料的分散劑以及反應的溶劑，與此同時還是吡咯單體聚合的氧化劑，在不添加其他摻雜劑的條件下，采用原位聚合的方法，制備了PPy/Fe3O4/MWCNTs納米復合材料。從SEM和TEM圖中可以看到，復合材料的形貌是具有核殼結(jié)構的管狀物，F(xiàn)e3O4納米粒子

7、夾雜在PPy層與MWNCTs之間。隨著吡咯單體的量的增加，PPy層越來越厚，最后呈現(xiàn)出管與管連結(jié)在一起的形貌結(jié)構。復合材料的導電性與它的形貌的變化趨勢一致，隨著吡咯單體量的增加，呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，電導率最大達到25 S/cm。由TGA圖可以看出，復合材料的熱穩(wěn)定性較純PPy，有一定程度的提高。用穆斯堡爾譜對復合材料進行了分析，分析結(jié)果顯示，復合材料具有一定的鐵磁性和良好的超順磁性，且隨著吡咯單體的增加，復合材料的磁性逐漸降低。用