导电聚苯胺-二氧化锡纳米复合材料合成及表征研究

摘要

采用溶胶．凝胶法，以无机盐SnCl<,4>为原料，氨水为沉淀剂，制备了纳米SnO<,2>微粒。XRD、FT-IR结果表明，产物为四方晶系金红石结构，晶形完整；TEM显示纳米微粒基本呈球形，粒径约为15～30nm，局部存在团聚，团聚颗粒由2～3个纳米晶组成。利用直接沉淀法制备了六方晶相纳米ZnO微粒，产物结晶完善，粒径约为75～150nm。在上述工作基础之上，利用溶胶-凝胶法制备了ZnO掺杂改性的SnO<,2>纳米微粒，并利用XRD、TEM考察了ZnO对产物的粒径与微观形貌的影响。结果显示，随ZnO加入量不同，根据各阶段Sn02的衍射峰相对强度、位置，以及产物形貌等判断，可将其对SnO<,2>的影响可分为四个阶段。当掺杂量大于50％时，ZnO自母相中脱溶形成单相。 采用经典化学氧化法合成了盐酸掺杂聚苯胺，经氨水脱掺杂得到本征态聚苯胺。结果显示：掺杂态聚苯胺具有一定的结晶性，本征态聚苯胺为无定形结构；微观形貌表征显示，聚苯胺由粒径为 0.5～1μm的不规则颗粒，0.21μm宽、1μm长的棒束等组成；由于质子酸掺杂作用，聚苯胺分子链间作用力大大加强，团聚成较大颗粒，而本征态聚苯胺结构则较为松散；聚苯胺的热稳定性较好，自450μ才开始分解。 采用原位复合工艺制备了聚苯胺．二氧化锡纳米复合材料。TEM结果显示复合材料呈“蛋糕-巧克力”结构，SnO<,2>纳米微粒均匀地分散在聚苯胺基质内；XRD和FT-IR结果表明，聚苯胺与纳米二氧化锡间存在化学键合作用：纳米微粒表面的锡原子5d空轨道接受来自聚苯胺分子链上氮原子孤对电子和苯醌环上兀电子，形成配位键；纳米微粒表面氧原子、羟基与分子链上氢原子、氮原子形成氢键。这些作用力造成了掺杂态聚苯胺结晶性变差，红外吸收峰的移动等现象；由于高聚物基质对纳米微粒的“锚固”效应，SnO<,2>纳米微粒的分散性较纯相纳米SnO<,2>有较大改善；纳米相的引入未对高聚物的紫外吸收与热性能产生明显的影响。在上述分析基础上，论文给出复合材料的合成反应及分子结构、高聚物相与纳米相间相互作用力机理模型。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2聚苯胺研究进展

1.2.1聚苯胺的结构及导电机理

1.2.2聚苯胺的合成研究进展

1.2.3聚苯胺的质子酸掺杂

1.3 SnO2研究进展

1.3.1 SnO2基本性质及结构

1.3.2 SnO2理化性能及应用

1.3.3纳米SnO2合成研究进展

1.4聚苯胺-无机复合材料研究进展

1.4.1聚苯胺复合材料概述

1.4.2聚苯胺-无机复合材料种类

1.4.3聚苯胺-氧化物纳米复合材料合成

1.5课题主要研究内容

第2章纳米SnO2的合成及表征

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验流程

2.2.2仪器与试剂

2.2.3实验装置图

2.2.4纳米微粒的合成

2.2.5纳米微粒表征

2.3结果与讨论

2.3.1无机相的选择

2.3.2合成工艺和原料的选择

2.3.3纳米微粒合成实验分析

2.3.4纳米SnO2的表征

2.3.5纳米ZnO的表征

2.3.6 ZnO掺杂对SnO2的结构及形貌影响研究

2.3.7掺杂机理分析

2.4本章小结

第3章导电聚苯胺的合成及表征

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1仪器与试剂

3.2.2聚苯胺的制备

3.2.3聚苯胺的表征

3.3结果与讨论

3.3.1实验方案的选择

3.3.2聚苯胺产率及掺杂率的计算

3.3.3聚苯胺XRD分析

3.3.4聚苯胺FT-IR分析

3.3.5聚苯胺UV-Vis分析

3.3.6聚苯胺SEM分析

3.3.7聚苯胺TEM分析

3.3.8聚苯胺TG分析

3.4本章小结

第4章PANI-SnO2纳米复合材料合成及表征

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1仪器和试剂

4.2.2复合材料的合成

4.2.3复合材料的表征

4.3结果与讨论

4.3.1实验方案的选择

4.3.2产物的宏观形貌及溶解实验

4.3.3复合材料XRD分析

4.3.4复合材料SEM分析

4.3.5复合材料TEM分析

4.3.6复合材料FT-IR分析

4.3.7复合材料UV-Vis分析

4.3.8复合材料TG分析

4.4复合材料合成反应及分子模型

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢