导电聚苯胺的制备及其在固体铝电解电容器中的应用

摘要

在众多的导电高分子中，聚苯胺以其合成简便、价格低廉、电导率高、具有潜在加工特性等优点，获得广泛的关注。将导电聚苯胺应用于固体铝电解电容器中，不仅可以有效地解决液体电容器电解液易泄漏、干涸，低温特性差，高频段阻抗高等问题，且其制备工艺相对简单，成本较低。因此，将导电聚苯胺用于固体电容器具有重大的实用价值。
　　 本文以过硫酸铵(APS)为氧化剂，通过化学氧化法制备导电聚苯胺，根据不同条件下制得聚苯胺产品的电导率来优化反应条件。通过热动力学方法，得到聚合反应的速率常数和活化能。使用不同掺杂剂进行掺杂，利用红外吸收光谱、紫外吸收光谱、X射线衍射光谱等手段对其结构进行表征。同时，使用热重分析对产品的高温稳定性进行了分析，为利用聚苯胺溶液制备固体铝电解电容器奠定了基础。进一步利用所制得的导电聚苯胺制备固体电容器，并对其性能进行了分析与探讨。结果如下:
　　 1.通过改变过硫酸铵(APS)、十二烷基苯磺酸(DBSA)的用量和反应温度，优化了反应条件，制备出了溶解度较好，电导率较高的聚苯胺产品，其最佳反应条件为An∶APS∶DBSA=1∶0.1∶0.7，反应温度为20℃，反应时间为4h，其电导率可达到6.506×10-5 S·cm-1。得到的PANI-DBSA结构较稳定，其分解温度高达285℃。聚合反应的活化能为56.52 kJ·mol-1。
　　 2.分别在十二烷基苯磺酸(DBSA)、硫酸(H2SO4)、D-樟脑-10-磺酸(CSA)、对甲基苯磺酸(PTSA)的溶液中合成了掺杂态的聚苯胺。结果显示，不同种类酸掺杂聚苯胺具有不同的结构与电导率;红外光谱显示合成的聚苯胺由“苯-醌”结构组成，并且掺杂的部位主要是在醌式氮原子上;紫外-可见吸收光谱表明，掺杂态聚苯胺形成了新的极子带，使π电子更容易跃迁;X射线衍射谱图表明，掺杂后聚苯胺分子链的刚性增强，具有更高的有序度和规整性。
　　 3.真空浸渍可以达到更好的浸渍效果，所制得的固体铝电解电容器的容量可达到3.2431μF，同时具有较好的耐高温能力，使用温度可达到100℃。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 导电聚合物的发展

1．1．2 导电聚合物的分类及特点

1．2 聚苯胺(PANI)的研究概况

1．2．1 导电PANI的发展

1．2．2 导电PANI的结构

1．2．3 PANI的质子酸掺杂及其导电机理

1．3 聚苯胺的合成

1．3．1 电化学法合成

1．3．2 化学氧化法合成

1．3．3 其他合成方法

1．4 聚苯胺的应用

1．4．1 电极材料

1．4．2 防腐涂料

1．4．3 电致变色及其应用

1．4．4 防静电及电磁流屏蔽材科

1．4．5 光电材料

1．4．6 选择性透过膜

1．4．7 聚苯胺目前存在的问题

1．5 导电聚苯胺在固体电容器中的应用

1．5．1 铝电解电容器的发展

1．5．2 铝电解电容器的结构

1．5．3 铝电解电容器的特点

1．6 本文的研究目标与主要内容

第二章 实验部分

2．1 实验试剂

2．2 主要实验仪器及基本原理

2．2．1 实验仪器

2．2．2 ST-2258A型数字式多功能四探针测试仪

2．2．3 TAM AIR微量等温量热仪

2．2．4 紫外-可见分光光度计

2．2．5 X射线衍射仪

2．2．6 红外光谱分析

2．2．7 热重分析

2．2．8 LCR数宇电桥

第三章 化学氧化法制备导电聚苯胺

3．1 实验方法

3．2 实验结果与讨论

3．2．1 聚合条件研究

3．2．2 热重分析

3．2．3 聚合反应的热动力学研究

3．3 本章小结

第四章 不同酸掺杂聚苯胺电导率和结构的研究

4．1 不同质子酸掺杂对聚苯胺电导率的影响

4．2 不同酸掺杂聚苯胺的红外光谱分析

4．3 不同酸掺杂聚苯胺的紫外可见吸收光谱分析

4．4 不同酸掺杂聚苯胺的X射线衍射谱图分析

4．5 本章小结

第五章 固体铝电解电容器的制备及性能研究

5．1 铝电解电容器的主要性能指标

5．1．1 电容量C

5．1．2 损耗角正切tgδ

5．1．3 漏电流ILG

5．1．4 等效串联电阻ESR

5．1．5 阻抗Z

5．2 铝电解电容器的制备

5．2．1 浸渍工艺研究

5．2．2 老练工艺研究

5．3 电容器性能测试

5．3．1 电容量和损耗角正切值

5．3．2 温度特性的测量

5．2．1 频率特性的测量

5．4 本章小结

参考文献

致谢