導電聚合物及其納米復合材料的制備和性能研究.pdf

1、導電聚合物及其復合材料在抗靜電材料、電磁屏蔽材料、人工肌肉、二極管和晶體管等領域具有重要的應用價值，而且發(fā)現(xiàn)導電聚合物可以化學還原比其還原電位高的金屬離子。本論文基于聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPy)，對導電聚合物納米纖維和薄膜材料上納米金屬的可控生長及分子檢測性能、磁性導電聚合物復合材料的制備及其電磁吸收性能進行了研究。
　　采用表面活性劑輔助化學氧化聚合方法制備了PANI、PPy和PANI-PPy一維納米纖維材料。研究表明，

2、PPy納米球和納米纖維的光譜性能基本一致，但兩者具有依賴于形貌的電化學性能：PPy納米球的電化學過程受半無限擴散控制，而PPy納米纖維的電化學過程受阻擋層擴散控制。PANI-PPy共聚材料的化學成分對其性能的影響體現(xiàn)在：含有較多PANI或PPy的共聚材料具有類似于單一聚合物(PANI或PPy)的物理化學性能，而含有等量PANI和PPy的共聚材料表現(xiàn)出特有的性能。對導電聚合物納米纖維化學還原制備金屬納米粒子的研究發(fā)現(xiàn)，不同的種類、形貌和摻

3、雜劑使導電聚合物具有不同的還原電位和表面性質，使還原得到的金屬納米粒子具有不同的形貌和粒徑。
　　將PANI材料制備成薄膜，探討了不同的摻雜劑、薄膜種類(多孔膜和密實膜)、導電類添加劑、外加電場等工藝參數(shù)對薄膜上納米金屬成核和生長的影響。不同的摻雜劑和薄膜種類使薄膜具有不同的化學性質和表面性質，可以生長不同的金屬結構。在PANI多孔膜中加入導電類添加劑(石墨或碳納米管)可以提高多孔膜表面的摻雜均一性，使其表面生長均勻的金屬納米粒子

4、，并使多孔膜的導電性增強。外加電場可以改變多孔膜上Ag的成核和生長機理，產(chǎn)生一個由樹枝狀、花狀和微球狀Ag組成的梯度結構，其機理是電場作用下多孔膜表面Ag+的移動是縱向擴散和橫向電場驅動的協(xié)同效應，而不加電場時Ag+的移動僅受擴散動力學控制。多孔膜上樹枝狀、花狀和微球狀Ag都具有較強的表面增強拉曼光譜(SERS)性能。
　　PANI多孔膜上預先構造的納米Au層和摻雜劑對均勻三維納米片狀Ag結構的形成至關重要，這種Au-Ag復合金屬

5、結構整個表面都具有均勻的SERS信號，檢測靈敏度達到10ppm，可以應用于化學和生物分子的檢測。檸檬酸分子吸附在Au核或Ag核上對后續(xù)生長的Ag納米粒子自組裝成片狀結構具有導向作用，這一認識實現(xiàn)了未摻雜PANI多孔膜上均勻納米Ag片狀結構的構造?；谶@種機理構造的由片狀納米Ag自組裝而成的線狀結構對20ppm三聚氰胺具有很好的SERS響應。
　　僅在檸檬酸摻雜的PANI密實膜上可以生長得到Ag納米線，而且在同一PANI密實膜上生長

6、有不同結構的Ag納米線。在-0.05～+0.05V及0～+4V電位區(qū)間內(nèi)測試了Ag納米線的電學穩(wěn)定性，單一Ag納米線的熔斷電壓位于1.5V左右。電遷移和表面擴散是造成Ag納米線在電性能測試中熔斷或發(fā)生形貌改變的主要原因。由Ag納米粒子組裝而成的Ag納米線存在生長缺陷，電導率要比光滑Ag納米線低。
　　采用反相微乳液法合成了六角片狀納米鋇鐵氧體(BaFe12O19)，確定了燒結工藝、Fe/Ba比例。以納米BaFe12O19和Ni為磁

7、性核，采用原位化學氧化聚合法制備了BaFe12O19-PANI、BaFe12O19-PPy、Ni-PPy磁性導電聚合物復合材料，發(fā)現(xiàn)無機材料和導電聚合物之間沒有明顯的化學作用，無機材料只是作為有機單體聚合時的成核中心。復合材料的導電性、磁性、電磁吸收性能可以通過調節(jié)無機相和有機相的相對比例而進行調控。復合材料電磁吸收性能結合了磁性材料的磁損耗和導電聚合物的介電損耗，而且無機磁性材料表面包覆導電聚合物后其復磁導率和復介電常數(shù)可以得到調節(jié)，