多形態(tài)聚吡咯的制備與吸波性能研究.pdf

1、電磁波吸收材料在電磁屏蔽、隱身技術(shù)等方面具有重要應(yīng)用。具有吸收強(qiáng)、頻帶寬、質(zhì)量輕等優(yōu)良綜合性能的吸波材料的是當(dāng)前研發(fā)的重點(diǎn)。導(dǎo)電高聚物是一種重要的吸波劑，其中聚吡咯(PPy)由于其密度小、合成方便、電導(dǎo)率可控、形貌多樣等優(yōu)點(diǎn)作為吸波劑大有作為。本研究旨在合成不同形貌的聚吡咯，在使用不同摻雜劑和控制不同摻雜程度的條件下所得到PPy的結(jié)構(gòu)和性能，并以PPy為吸波劑制成了吸波復(fù)合材料，研究了這些吸波復(fù)合材料的吸波性能、探討了其吸波機(jī)理。

2、>　　 采用乳液聚合法制備了球粒狀的聚吡咯，并使用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、二(2-乙基己基)琥珀磺酸鈉(AOT)、對(duì)甲苯磺酸鈉(pTSNa)、樟腦磺酸(CSA)對(duì)其進(jìn)行摻雜。研究發(fā)現(xiàn)不同的摻雜劑能使聚吡咯的形貌、電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性等發(fā)生變化。其中使用SDBS為摻雜劑的聚吡咯其熱性能最佳，電導(dǎo)率也達(dá)到101S/cm。隨后采用SDBS為摻雜劑制備了不同摻雜程度的聚吡咯，測(cè)試結(jié)果表明聚吡咯的電導(dǎo)率先隨著摻雜率的增加而升高，至SDBS與吡

3、咯單體的摩爾比為0.2(SDBS/Py=0.2)時(shí)達(dá)到最大值，然后隨摻雜劑含量增加電導(dǎo)率下降。
　　 將不同摻雜劑摻雜的球粒狀聚吡咯作為吸波劑制備吸波復(fù)合材料，對(duì)復(fù)合材料的電磁參數(shù)測(cè)量結(jié)果表明:介電損耗與摻雜聚吡咯的電導(dǎo)率和摻雜劑陰離子的大小有關(guān)，SDBS摻雜的聚吡咯的介電損耗最大。遂以SDBS摻雜聚吡咯為吸波劑，測(cè)量不同摻雜程度PPy為吸波劑時(shí)復(fù)合材料的電磁參數(shù)，結(jié)果表明介電常數(shù)的變化規(guī)律與電導(dǎo)率隨摻雜率變化相似，即介電常數(shù)隨

4、摻雜率增加而增大，到SDBS/Py=0.2時(shí)達(dá)到最大值，然后隨摻雜率的增加而下降。通過(guò)電磁參數(shù)對(duì)復(fù)合材料吸波性能進(jìn)行計(jì)算得到的結(jié)果表明:對(duì)于SDBS/Py為0.2的聚吡咯，當(dāng)其在復(fù)合材料中的含量為20wt％時(shí)吸波性能最好;亦即在X波段內(nèi)，厚度為2.3mm的樣品其雷達(dá)波反射損耗低于-10dB的頻率范圍為9.5GHz～11.6GHz，最大反射損耗達(dá)到-14.8dB。
　　 通過(guò)原位聚合法以三氯化鐵為氧化劑制備了一系列蒙脫土(MMT)

5、含量不同的蒙脫土/聚吡咯(MMT/PPy)納米復(fù)合材料，并對(duì)MMT/PPy納米復(fù)合材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性能表征。X射線衍射分析表明:MMT/PPy納米復(fù)合材料中PPy分子鏈插入到MMT片層間導(dǎo)致MMT層間距離明顯擴(kuò)大，從而形成一種典型的插層型納米復(fù)合材料。通過(guò)FTIR分析證實(shí)，與純PPy相比，納米復(fù)合材料中PPy的特征吸收峰發(fā)生遷移，據(jù)此推斷MMT與PPy之間存在相互作用。利用SEM觀察了MMT/PPy的形貌，發(fā)現(xiàn)它們呈現(xiàn)片層狀結(jié)構(gòu)，且用HF

6、酸完全蝕刻掉MMT后，留下的PPy仍呈現(xiàn)片層結(jié)構(gòu)的形貌。PPy與蒙脫土復(fù)合后，熱穩(wěn)定性大大提高。MMT/PPy的電導(dǎo)率隨PPy含量增加而增大，逾滲值為20wt％;同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)PPy含量大于50wt％時(shí)，MMT/PPy的電導(dǎo)率高于純PPy電導(dǎo)率數(shù)值。
　　 以SDBS摻雜的MMT/PPy為吸波劑制備了吸波復(fù)合材料。利用HP8722ES網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀測(cè)定了復(fù)合材料的電磁參數(shù)，發(fā)現(xiàn)不同MMT/PPy含量的復(fù)合材料在X波段范圍內(nèi)的介電常數(shù)

7、的實(shí)部與虛部都隨吸波劑含量的增加而增大，而且與球粒狀PPy-SDBS為吸波劑的復(fù)合材料相比其虛部值更大。由電磁參數(shù)對(duì)復(fù)合材料吸波性能的模擬計(jì)算結(jié)果表明MMT/PPy吸波劑具有更加優(yōu)良的吸波性能:當(dāng)樣品厚度為2.8mm，最低反射損耗出現(xiàn)在10.5GHz且峰值為-33dB，低于-10dB的頻寬為9～12.4GHz。
　　 以小分子2-蒽-9-基亞甲基-丙二腈(AYM)自組裝的納/微米線為硬膜板，液相條件下制備了PPy與AYM復(fù)合物，

8、經(jīng)溶劑脫除AYM后制得管狀聚吡咯。Py與AYM的摩爾比對(duì)得到的聚吡咯形貌有影響，當(dāng)Py與AYM兩者之間的比例維持在合理的水平時(shí)，可以獲得長(zhǎng)度達(dá)到幾十甚至上百微米，直徑300nm左右甚至更小的管狀聚吡咯。Py含量過(guò)低時(shí)，產(chǎn)物呈帶狀和管狀混雜的形貌結(jié)構(gòu);而當(dāng)單體含量過(guò)高時(shí)，模板的作用不再明顯，產(chǎn)物開(kāi)始大量團(tuán)聚，表現(xiàn)出本體聚合時(shí)的形貌。
　　 以管狀PPy為吸波劑制備石蠟復(fù)合材料，測(cè)試其電磁參數(shù)。發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部隨

9、著管狀聚吡咯在復(fù)合材料中含量的增加而增大，且其磁導(dǎo)損耗并沒(méi)有明顯的增加，變化也沒(méi)有規(guī)律。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的吸波性能在聚吡咯微管含量20wt％時(shí)最好，當(dāng)樣品厚度為2mm時(shí)，最小反射損耗為-29.5dB，低于-10dB的帶寬為12.4～18GHz。
　　 本論文還重點(diǎn)研究了PPy形貌對(duì)復(fù)合材料吸波性能的影響。首先，考察了分別在乙醇/水(體積比1∶1)和水介質(zhì)中制備的聚吡咯的吸波性能，前者的粒徑為100～200nm，后者為400～

10、800nm。將相同含量的此兩種粒徑PPy作為吸波劑時(shí)，粒徑小的PPy為吸波劑的復(fù)合材料的介電損耗角正切值大于相同含量下粒徑大的PPy為吸波劑的復(fù)合材料。因此，發(fā)現(xiàn)粒徑小的PPy的吸波性能更優(yōu)，當(dāng)樣品的厚度為3mm，最低反射損耗發(fā)生在9.7GHz且峰值為-15.7dB，低于-10dB的反射損耗的頻率范圍為8.5GHz～11.2GHz。
　　 此外，基于考慮形狀的等效電磁參數(shù)理論計(jì)算了球狀、管狀、片狀PPy的吸收截面和散射截面面積，