聚苯胺納米管的原位合成機理及電磁學(xué)性能研究.pdf

1、聚苯胺納米管除具有其作為導(dǎo)電聚合物的優(yōu)異性能外，還具有更強的分子鏈排列有序性、比表面積大及獨特的中空結(jié)構(gòu)等優(yōu)點。聚合物材料的性質(zhì)與其微觀形貌有著密切的關(guān)系，因此具有獨特形貌的聚苯胺低維納米材料的制備方法、形成機理及其功能化應(yīng)用研究一直受到人們的廣泛關(guān)注。
　　 本論文首先以苯胺為原料，過硫酸銨為引發(fā)劑和氧化劑，手性樟腦磺酸(CSA)為原位摻雜劑，通過化學(xué)氧化法制得摻雜態(tài)的聚苯胺納米管結(jié)構(gòu)，并且通過對反應(yīng)條件如苯胺濃度、摻雜酸濃度

2、、苯胺與摻雜酸摩爾比、摻雜酸種類以及引發(fā)劑濃度等的調(diào)節(jié)，得到不同管型、內(nèi)外徑和壁厚的納米管，以及其它低維納米結(jié)構(gòu)。研究表明，聚苯胺納米管的最佳制備條件為：3/4≤nCSA/nANi≤1，0.05M≤[ANi]≤0.1M，nAPS/nANi=1.1，反應(yīng)溫度0-5℃，反應(yīng)時間大于16 h，滴加氧化劑起反應(yīng)體系靜置。制得聚苯胺納米管外徑：200-500 nm，內(nèi)徑：100-300 nm，電導(dǎo)率：10-3～100S/cm。研究還發(fā)現(xiàn)所制得聚苯

3、胺納米管的分子排列更加規(guī)整有序，同時CSA還誘導(dǎo)聚苯胺分子鏈形成一定的螺旋構(gòu)型。
　　 其次，本論文在聚苯胺納米管制備的基礎(chǔ)上放大實驗，研究聚苯胺低維納米結(jié)構(gòu)的電磁性能和熱性能，并總結(jié)相應(yīng)的規(guī)律。研究表明：CSA摻雜聚苯胺納米管電導(dǎo)率明顯大于納米纖維及納米顆粒，并且隨著有效摻雜度和分子鏈排列規(guī)整性的提高，其導(dǎo)電率有突變式增長；手性聚苯胺納米管呈現(xiàn)出室溫抗磁性，而非手性納米顆粒則隨外加磁場的增大逐漸由抗磁性轉(zhuǎn)變?yōu)槌槾判?；在一定?/p>

4、圍內(nèi)提高摻雜度和分子鏈排列有序性，可提高聚苯胺納米結(jié)構(gòu)的熱性能。
　　 再次，本論文以CSA摻雜聚苯胺納米矩形管為研究對象，從觀察膠束形貌、表征膠束結(jié)構(gòu)以及分析聚合過程中產(chǎn)物形貌等方面展開工作，以期提出其合理的形成機制。通過對膠束形貌和結(jié)構(gòu)的觀察分析，首次提出了基于雙層平面膠束模型的聚苯胺納米矩形管形成機理。對反應(yīng)過程產(chǎn)物PH值、分子結(jié)構(gòu)及形貌等的分析表明，聚合過程可依次分為膠束形成、異質(zhì)結(jié)構(gòu)低聚物產(chǎn)生和矩形管形成三個階段。

5、r>　　 最后，為了應(yīng)用化研究的需要，本論文通過對原位合成的傳熱-傳質(zhì)控制，成功實現(xiàn)了聚苯胺低維納米材料放大100倍批量生產(chǎn)。同時對不同形貌，以及手性非手性聚苯胺產(chǎn)物的電磁參數(shù)和吸波性能進行了比較研究。研究發(fā)現(xiàn)：聚苯胺納米管和纖維的磁損耗和介電損耗均優(yōu)于納米顆粒，并且其手性結(jié)構(gòu)產(chǎn)物既有介電損耗也有磁損耗，而HCl摻雜的納米顆粒則沒有磁損耗；手性聚苯胺納米管和纖維均表現(xiàn)出優(yōu)良的吸波性能，且最大衰減和吸收頻帶等均優(yōu)于同電導(dǎo)率數(shù)量級下的非手