静电纺丝制备PVA/PEDOT:PSS/DMSO导电纳米纤维

摘要

本论文以聚乙烯醇(PVA)为纺丝基体,聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)为共混剂,二甲基亚砜(DMSO)为掺杂剂提高PEDOT:PSS的电导性质,通过静电纺丝制备PVA/PEDOT:PSS/DMSO纳米纤维。首先,研究了DMSO掺杂PEDOT:PSS体系的导电性能和机理;其次,研究PVA以及PVA/PEDOT:PSS/DMSO的导电、电纺、流变和热学等性能;最后研究了掺杂碳纳米管(MWNT)和酸化碳纳米管(MWNT-COOH)对PVA/PEDOT:PSS/DMSO体系的影响。
　　结果表明:DMSO作为功能型掺杂剂掺杂PEDOT:PSS后,薄膜电导率大幅提升。DMSO与PSS分子链存在相互作用,间接促使PEDOT主链结构发生苯-醌转变,PEDOT分子链形态由无规线团卷曲状转变为伸展性卷曲状,从而降低载流子迁移势垒。通过AFM、SEM、Raman、表面润湿性、透光性等性能测试证明PEDOT主链结构的苯-醌转变。
　　PVA对PEDOT:PSS薄膜有双重作用,既能作为多元醇提高电导率,又随着本身浓度升高,起到“绝缘”作用。PVA适宜静电纺丝的浓度为6~9wt％,纺丝连续均匀,过程稳定,且纤维直径随着PVA浓度增加而增大。通过流变和表面张力测试研究溶液本身性质(粘度、浓度)对静电纺丝影响。
　　PVA/PEDOT:PSS/DMSO共混体系可进行静电纺丝,适宜静电纺丝的PVA共混浓度为6~8wt%,且纺丝纤维直径随着PVA浓度的增加而增加,但纺丝效果相对纯PVA体系较差。PVA作为多元醇与PSS之间的存在相互作用(S…H-O分子间氢键),提高了共混体系的热分解温度。而这种作用随着PVA浓度的增加而增强。
　　MWNT经氧化酸化变成MWNT-COOH,管间缠结减弱,分散性增强;同时羧基与PEDOT:PSS间存在相互作用,实验证明MWNT表面功能化后比MWNT掺杂PVA/PEDOT:PSS/DMSO体系有利于静电纺丝,并增强体系的热稳定性。

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1文献综述

1.1导电聚合物

1.1.1 导电聚合物发现

1.1.2 导电聚合物简介

1.2 新型导电聚合物PEDOT:PSS

1.2.1 PEDOT

1.2.2 PEDOT:PSS

1.2.3 PEDOT:PSS改性研究

1.3 静电纺丝

1.3.1静电纺丝发展

1.3.2静电纺丝原理

1.4 聚乙烯醇（PVA）

1.4.1 聚乙烯醇性质

1.4.2聚乙烯醇静电纺丝

1.5 本论文的研究目的、意义和主要内容

2实验部分

2.1 实验原料

2.2 主要实验仪器

2.3 PEDOT:PSS导电机理研究

2.3.1 PEDOT:PSS/DMSO 薄膜制备

2.3.2 结构与性能表征

2.4 PVA/PEDOT:PSS/DMSO静电纺丝

2.4.1 PVA溶液制备

2.4.2 PVA纳米纤维的制备

2.4.3 PVA/PEDOT:PSS/DMSO 溶液制备

2.4.4 PVA/PEDOT:PSS/DMSO 薄膜制备

2.4.5 PVA/PEDOT:PSS/DMSO纳米纤维的制备

2.4.6 结构与性能表征

2.5 MWNT掺杂体系

2.5.1 MWNT-COOH制备

2.5.2 MWNT掺杂体系的制备

2.5.3 MWNT掺杂体系纳米纤维的制备

2.5.4 结构与性能表征

3结果与讨论

3.1 PEDOT:PSS旋涂工艺

3.2 PEDOT:PSS/DMSO

3.2.1 PEDOT:PSS/DMSO导电性能

3.2.2 PEDOT:PSS/DMSO表面粗糙度

3.2.3 PEDOT:PSS/DMSO断面形貌

3.2.4 PEDOT:PSS/DMSO表面润湿性

3.2.5 PEDOT:PSS/DMSO聚集态结构

3.2.6 PEDOT:PSS/DMSO薄膜透光性

3.2.7 PEDOT:PSS/DMSO拉曼位移

3.3 PVA/PEDOT:PSS/DMSO静电纺丝

3.3.1 PVA掺杂后薄膜导电性能

3.3.2 PVA电纺性能

3.3.3 PVA流变特性

3.3.4 PVA/PEDOT:PSS/DMSO电纺性能

3.3.5 PVA/PEDOT:PSS/DMSO流变特性

3.3.6 PVA/PEDOT:PSS/DMSO表面张力

3.3.7 PVA/PEDOT:PSS/DMSO纺丝纤维红外谱图

3.3.8 PVA/PEDOT:PSS/DMSO纺丝纤维热稳定性

3.3.9 PVA/PEDOT:PSS/DMSO纺丝纤维玻璃转变

3.4 MWNT掺杂体系

3.4.1 MWNT的红外谱图

3.4.2 MWNT的热稳定性

3.4.3 MWNT掺杂体系的分散性能

3.4.4 MWNT掺杂体系的电纺性能

3.4.5 MWNT掺杂体系的流变性能

3.4.6 MWNT掺杂体系纺丝纤维的热稳定性

4结 论

致谢

参考文献