高質(zhì)量透明導(dǎo)電聚苯胺薄膜的制備及原位聚合沉積機(jī)理探討.pdf

1、透明導(dǎo)電有機(jī)(聚合物)薄膜是一類具有導(dǎo)電性、光電性等多重功能的新型材料，因具有特殊的優(yōu)良性能，近年來研究工作十分活躍，并已在太陽能電池、透明電極、光電轉(zhuǎn)換和自動(dòng)控制、紅外反射、熱電轉(zhuǎn)換、電磁吸收與屏蔽等方面得到應(yīng)用。本課題選擇典型導(dǎo)電聚合物——聚苯胺(PANI)，在不同基體材料表面原位聚合沉積(In-situ Polymerization)制備高品質(zhì)透明導(dǎo)電PANI薄膜。分別從選擇聚苯胺分散聚合所用的空間穩(wěn)定劑，對(duì)比無機(jī)、有機(jī)空間穩(wěn)定劑

2、對(duì)聚苯胺薄膜形態(tài)的影響；采用偶聯(lián)劑改變玻璃基體表面性質(zhì)，考察表面的親水/憎水性對(duì)成膜速度、成膜質(zhì)量的影響；選擇不同基體材料，研究聚苯胺在不同材質(zhì)表面成膜的差異，探索制備功能互補(bǔ)的聚酰亞胺一聚苯胺復(fù)合膜的條件；并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考察聚苯胺在玻璃表面成膜的驅(qū)動(dòng)力、對(duì)比聚苯胺在溶液中和在玻璃表面聚合速度的差異，研究原位聚合沉積制備高品質(zhì)導(dǎo)電薄膜的機(jī)理和模型。 結(jié)果表明，聚苯胺分散聚合中采用無機(jī)納米微粒二氧化硅為空間穩(wěn)定劑，為玻璃表面PA

3、NI薄膜的生長(zhǎng)提供了一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境，對(duì)薄膜的表觀質(zhì)量有很大改善作用。薄膜厚度在3-300nm之間，電導(dǎo)率在3×10<'-3>～1.8×10<'-2>S·cm<'-1>之間，屬半導(dǎo)體范圍。相對(duì)于不加穩(wěn)定劑的苯胺化學(xué)氧化體系，納米二氧化硅的加入，使苯胺聚合的速度減慢，誘導(dǎo)期延長(zhǎng)，反應(yīng)中溶液達(dá)到的最大溫度降低。紅外光譜分析表明，譜圖中未見空間穩(wěn)定劑的特征吸收峰，說明它們沒有參與PANI薄膜的聚合增長(zhǎng)。X射線衍射分析表明，薄膜的結(jié)晶度很低。微米

4、級(jí)二氧化硅的分散穩(wěn)定效果不如納米級(jí)二氧化硅，隨二氧化硅粒徑增大，反應(yīng)誘導(dǎo)期縮短，速度加快，但薄膜表觀質(zhì)量下降，表面變得粗糙，且黏附一些片層狀PANI。 分別采用十八烷基三氯硅烷(OTS)、r-縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷和N-苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷等對(duì)玻璃表面進(jìn)行憎水改性處理。發(fā)現(xiàn)與親水性較強(qiáng)的玻璃表面相比，苯胺陽離子自由基及其低聚體更容易在憎水性表面吸附，吸附速度更快，成核中心密度更大，薄膜的表觀質(zhì)量、厚度和電導(dǎo)率都有不同

5、程度的提高。其中尤以O(shè)TS改性的效果最為顯著。利用苯胺在親/憎水表面吸附、沉積的速度差，可以進(jìn)行聚苯胺在玻璃表面的圖案化沉積，進(jìn)行微電路、微器件設(shè)計(jì)。 除在玻璃表面成膜外，實(shí)驗(yàn)選擇新型聚酰亞胺薄膜為基體，在聚酰亞胺薄膜上原位聚合沉積聚苯胺薄膜，制備功能互補(bǔ)的聚酰亞胺/聚苯胺復(fù)合膜。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于聚酰亞胺的表面官能團(tuán)、極性及憎水性與聚苯胺相似，因此苯胺陽離子自由基易在其表面吸附，且對(duì)苯胺聚合存在明顯的催化作用，使分散聚合的誘導(dǎo)期縮

6、短，反應(yīng)速度加快，薄膜的生長(zhǎng)速度加快，得到表觀質(zhì)量良好的復(fù)合薄膜。薄膜厚度在29～123nm之間，電導(dǎo)率最大達(dá)到7.502×10<'-3>S·cm<'-1>。 本工作另一特色是對(duì)玻璃表面聚苯胺成膜的機(jī)理進(jìn)行了較為深入的研究。結(jié)果表明，苯胺單體吸附到玻璃表面的直接驅(qū)動(dòng)力有二，一是玻璃表面的浸潤(rùn)作用，二是苯胺陽離子自由基本身的吸附活性，在疏水效應(yīng)和范德華力共同作用下，苯胺陽離子自由基吸附到玻璃表面，成為鏈增長(zhǎng)的活性中心。通過對(duì)PAN