导电聚合物/离子液体/粘土纳米复合材料的制备及其导电性研究

摘要

电子型导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等)作为一种重要的导电功能材料,在微电子、生物工程、催化材料、二次电池、电致变色器件、化学晶体管等方面具有许多广泛的应用前景。近年来,复合型导电聚合物已成为众多科研工作者的研究热点,将无机物纳米粒子掺杂到导电聚合物当中得到无机物/导电聚合物复合材料是其热点之一。本研究突破了前人所研究的导电聚合物/纳米粘土复合导电材料的基础上,制备出一系列含有离子液体的导电聚合物/离子液体/纳米粘土混合型新型导电材料,对其化学结构、热性能和电导率的变化做了初步的探讨。
　　1.本文综述了以下四方面的研究内容:聚苯胺的化学结构、导电机理、合成及其改性状况;聚吡咯的化学结构、导电机理、合成及其改性状况;离子液体的种类及其应用;纳米粘土的结构及其改性。阐述了本研究的选题意义。
　　2.以1-羧甲基-3-甲基咪唑氯化盐离子液体对钠化蒙脱土进行插层改性,然后用苯胺的盐酸溶液进行二次插层,通过化学氧化法使苯胺(An)发生氧化聚合反应,制备了一种具有良好导电性的聚苯胺/离子液体/蒙脱土复合材料(PANI/CMMIm/MMT)。用红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)和热失重(TG)对样品进行了表征分析。结果表明:在最佳反应条件下PANI/CMMIm/MMT纳米复合材料电导率是相同条件下聚苯胺/钠化蒙脱土纳米复合材料电导率的2.5倍,聚苯胺的7.5倍,并从化学结构发生改变的方面对电导率的提高做了探讨。
　　3.以溴化1-乙基-3-甲基咪唑离子液体,对钠化蒙脱土进行插层改性,通过化学氧化法使进入离子液体插层改性的蒙脱土(MMT)层间的吡咯(Py)发生氧化聚合反应,制备了PPy/EMIm/MMT纳米复合材料,用FT-IR、XRD和TG对样品进行了表征分析。结果表明:PPy/EMIm/MMT纳米复合材料的电导率随离子液体/蒙脱土含量的增加而下降,但下降幅度不大,由于复合材料中掺杂了离子液体/蒙脱土从而改善了聚吡咯的加工性能。
　　4.以溴化1-乙基-3-甲基咪唑离子液体(EMImBr)插层改性钠化蛭石,然后用苯胺的盐酸溶液进行二次插层,通过化学氧化法制备了具有优良导电性能的聚苯胺/离子液体/蛭石纳米复合材料(PAn/EMIm/VMT),讨论了不同状态蛭石(离子液体改性蛭石和剥离蛭石)用量对导电复合材料电导率的影响。结果表明:随着离子液体/蛭石用量的增加,PAn/EMIm/VMT复合材料的电导率逐渐增大,当离子液体/蛭石用量达7％时电导率达到最大值11.1S/cm,是相同反应条件下PAn电导率的5.5倍。而PAn/VMT纳米复合材料的电导率随着剥离蛭石用量的增加而减小。

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摘要

ABSTRACT

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 导电聚苯胺及其纳米复合材料

1.2.1 聚苯胺的化学结构

1.2.2 聚苯胺的几何结构

1.2.3 聚苯胺的导电机理

1.2.4 聚苯胺的合成和改性研究状况

1.3 导电聚吡咯及其纳米复合材料

1.3.1 聚吡咯的化学结构

1.3.2 聚吡咯的掺杂机理与链结构

1.3.3 聚吡咯的合成

1.3.4 聚吡咯改性研究状况

1.4 纳米粘土的结构及其性能

1.5 离子液体及其应用

1.6 本课题研究思路和主要工作

1.7 参考文献

第二章 聚苯胺/离子液体/蒙脱土纳米复合材料的制备及其导电性研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要原料及试剂

2.2.2 氯化 1-羧甲基-3-甲基咪唑(CMMImCl)离子液体的制备[25]

2.2.3 氯化 1-羧甲基-3-甲基咪唑(CMMImCl)离子液体插层钠化蒙 脱土

2.2.4 聚苯胺/离子液体/蒙脱土(PAn/CMMIm/MMT)纳米复合材料的 制备

2.2.5 测试与表征

2.3 结果和讨论

2.3.1 聚苯胺/离子液体/蒙脱土纳米复合材料(PAn/CMMIm/MMT)的 红外光谱分析

2.3.2 纳米复合材料的热性能分析

2.3.3 聚苯胺/离子液体/蒙脱土纳米复合材料(PAn/CMMIm/MMT) X 射线衍射分析(XRD)

2.3.4 复合材料的导电性能及影响因素

2.3.5 聚苯胺/离子液体/蒙脱土复合材料(PAn/CMMIm/MMT)、聚 苯胺/钠基蒙脱土复合材料(PAn/Na+-MMT)与聚苯胺(PAn)导电性能 的比较

2.3.6 复合材料的导电稳定性

2.4 结论

2.5 参考文献

第三章 聚吡咯/离子液体/蒙脱土纳米复合材料的制备及其导电性研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要原料及试剂

3.2.2 钠化蒙脱土(Na~+-MMT)的制备

3.2.3 溴化 1-乙基-3-甲基咪唑离子液体(EMImBr)的制备[20]

3.2.4 溴化 1-乙基-3-甲基咪唑离子液体(EMImBr)插层钠化蒙脱土

3.2.5 聚吡咯/离子液体/蒙脱土纳米复合材料(PPy/EMIm/MMT)的 制备

3.2.6 测试与表征

3.3 结果和讨论

3.3.1 溴化 1-乙基-3-甲基咪唑离子液体(EMImBr)表征分析

3.3.2 离子液体蒙脱土(EMIm/MMT)的红外光谱分析

3.3.3 纳米复合材料的热性能分析

3.3.4 聚吡咯/离子液体蒙脱土纳米复合材料 X 射线衍射分析(XRD)

3.3.5 复合材料的导电性能及影响因素

3.4 结论

3.5 参考文献

第四章 聚苯胺/离子液体/蛭石纳米复合材料的制备及其导电性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要原料及试剂

4.2.2 溴化1-乙基-3-甲基咪唑离子液体的制备

4.2.3 钠化蛭石(Na~+-VMT)的制备

4.2.4 溴化 1-乙基-3-甲基咪唑离子液体(EMImBr)插层蛭石

4.2.5 聚苯胺/离子液体/蛭石(PAn/EMIm/VMT)纳米复合材料的制 备

4.2.6 聚苯胺/蛭石(PAn/VMT)纳米复合材料的制备

4.2.7 测试与表征

4.3 结果和讨论

4.3.1 聚苯胺/离子液体/蛭石(PAn/EMIm/VMT)纳米复合材料的红外 光谱分析

4.3.2 聚苯胺/离子液体/蛭石(PAn/EMIm/VMT)纳米复合材料的热性能分析

4.3.3 聚苯胺/离子液体/蛭石(PAn/EMIm/VMT)纳米复合材料 X 射 线衍射分析(XRD)

4.3.4 聚苯胺/离子液体/蛭石(PAn/EMIm/VMT)与聚苯胺/蛭石 (PAn/VMT)纳米合材料的导电性能分析

4.3.5 聚苯胺/离子液体/蛭石(PAn/EMIm/VMT)复合材料透射电镜 分析

4.4 结论

4.5 参考文献

硕士期间发表论文及科研成果

致谢