本征导电聚合物/石墨烯复合材料制备、成型与性能研究

摘要

导电聚合物又称导电高分子，它被定义为：经化学或电化学方法聚合的以π共轭双健为主链的聚合物，一般通过掺杂等手段，使电导率处在半导体和导体范围之间，通常指本征导电聚合物。本征导电聚合物具有低密度、结构多样化和分子设计等多种优点，在工业生产、军工和民用方面都拥有广阔的应用前景，在过去的二十年里受到了国内外广泛的关注和研究，典型代表物有聚乙炔、聚噻吩(Polythiophene，Tp)和聚吡咯(Polypyrrold，Py)等。聚噻吩、聚吡咯的电导率虽然不如聚乙炔高，但拥有良好的导电特性与热稳定性，可以用于制备电子器件；然而二者的加工性能较差，实际应用受到较大限制，主要通过与无机物的复合制备高导电率且拥有良好加工性能的本征导电聚合物/无机物复合材料。目前，国内外已有很多成功制备导电率较高且经过初步加工的本征导电聚合物/无机物复合材料的报道，相关研究主要集中在碳纳米管、石墨薄片等无机纳米材料与本征导电聚合物的复合上，对于石墨烯与本征导电聚合物的复合材料研究非常稀少。而石墨稀是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，具有高电导率、高表面积、优良的机械性能、价格低廉和化学处理方法较为简单等突出优点。因此，本文的主要工作主要为以下几点：
　　第一，分别以本征导电聚合物聚噻吩、聚吡咯为基体，石墨烯为掺杂，制备了聚吡咯（聚噻吩）/石墨烯导电复合材料，并采用扫描电子显微镜(SEM)分析、透射电镜（TEM）分析、傅立叶红外光谱(FT-IR)分析、热重(TG)分析和四探针测试方法复合材料性能进行了表征。研究发现，石墨烯均匀的分散在聚吡咯（聚噻吩）基体当中，复合物的导电性能提高，同时具有良好的机械加工性能。
　　第二，研究了复合材料的电导率和热稳定性随石墨烯的含量的变化曲线。研究表明复合材料的电导率随着石墨烯的含量变化存在增长拐点，原因可能为石墨烯在复合材料内部形成局部网络传导结构，电子可以通过隧道效应传输来增加导电性，因此，可以通过优化控制石墨烯含量获得经济性和导电性的平衡。随着石墨烯含量的增加，复合材料的热稳定性有所提高。
　　第三，为了扩展材料的应用价值，通过超声、研磨分散和提拉成膜等方法制备了聚吡咯-石墨烯/甲基丙烯酸甲酯-环氧树脂导电薄膜。通过傅立叶红外光谱(FT-IR)分析、热重(TG)分析、扫描电子显微镜(SEM)分析和四探针测试方法分别对复合材料性能进行了表征。研究表明，聚甲基丙烯酸甲酯作为成型基体，甲基丙烯酸甲酯作为成型基体，自身的挥发性不能可以保持良好的导电能力。使用环氧树脂和聚甲基丙烯酸甲酯共混物作为成型的基体，不仅可以保持良好的导电性，而且导电复合薄膜热稳定性良好。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 导电聚合物复合材料

1.3 石墨烯复合材料

1.4 典型本征导电聚合物研究现状

1.5 选题依据

参考文献

第二章 聚噻吩/石墨烯复合材料的制备与性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

参考文献

第三章 聚吡咯/石墨烯复合材料的制备与性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 结论

参考文献

第四章 聚吡咯-石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯-环氧树脂导电薄膜的制备

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.4 结论

参考文献

第五章 总 结

5.1 本论文实验工作总结

5.2 研究展望

参考文献

硕士期间论文发表情况

致谢