掺杂态聚苯胺及其与石墨烯复合材料的制备与表征

摘要

聚苯胺优异的物理化学性能，使其成为导电聚合物的研究热点，但其难溶解、难加工、电导率低等缺点限制了其应用范围。石墨烯具有典型的层状结构，可以与聚合物片层复合，它的很多超级性质使其在电化学领域得以广泛应用。本文以解决聚苯胺的溶解性和提高其电导率为目标，在研究一种高溶解性导电聚苯胺的新工艺基础之上，将石墨烯与聚苯胺进行复合，研究复合材料的导电性和分散性。
　　首先，以过硫酸铵（APS）为氧化剂，聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（PAMPS）为掺杂酸和乳化剂，利用其特有的长链、亲水性及强酸性基团效应，通过乳液聚合法一步合成具有较高溶解性的掺杂态导电聚苯胺（PAMPS/PANI）。利用核磁共振光谱仪（NMR）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）和扫描电子显微镜（SEM）等技术手段对产物结构进行了表征并对其性能进行了测试分析。结果表明，在 m（苯胺）∶m（AMPS）∶m（APS）＝1：2：1.5；AMPS质量分数为20%；APS质量分数为30%；反应时间为5h；聚合温度为5℃的条件下，聚苯胺的产率高达86%，在有机溶剂二甲基甲酰胺（DMF）中的溶解度可达0.38g/g，在水中的溶解度可达0.21g/g，电导率达5.90S/cm。
　　其次，通过液相剥离法将天然石墨粉进行超声剥离制得石墨烯（GR），并通过原位聚合法将石墨烯与PAMPS/PANI进行复合，利用红外光谱仪（FT-IR）、拉曼光谱仪（Ramam）和扫描电镜（SEM）等技术手段对产物结构进行了表征并对其性能进行了测试分析。结果表明，在以N-甲基吡咯烷酮（NMP）为分散剂；m（苯胺）：m（石墨）=1：4的条件下，当超声功率为30%，超声时间为30h时，PAMPS/PANI/GR复合材料的电导率最大，为7.23 S/cm；当超声功率为30%，超声时间为6h时，PAMPS/PANI/GR复合材料的电导率也高达6.89S/cm，与PAMPS/PANI相比，复合材料的电导率有所提高，其分散性也有所改善。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 聚苯胺的概述

1.2.1 基本性质

1.2.2 掺杂及导电机理

1.2.3 主要制备方法

1.2.4 应用领域

1.3 聚苯胺复合材料的研究进展

1.3.1 概述

1.3.2 主要制备方法

1.3.3 性能及应用

1.4 聚苯胺/石墨烯复合材料的制备

1.4.1 概述

1.4.2 主要制备方法

1.4.3 性能及应用

1.5 本论文的主要内容及设计思想

第2章 掺杂态聚苯胺的制备与表征

2.1 实验部分

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验单因素变量的设定

2.1.4 PAMPS/聚苯胺的制备

2.1.5 分析测试方法

2.2 结果与讨论

2.2.1 产物结构的表征与分析

2.2.2 掺杂态聚苯胺性能的影响因素

2.3 小结

3.1 实验部分

3.1.1 实验原料

3.1.2 实验仪器

3.1.3 实验单因素变量的设定

3.1.4 石墨烯分散液的制备

3.1.5 石墨烯薄膜的制备

3.1.6 PAMPS/聚苯胺/石墨烯复合材料的制备

3.1.7 分析测试方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 产物结构的表征与分析

3.2.2 PAMPS/聚苯胺/石墨烯电导率的影响因素

3.2.3 分散性的分析

3.3 小结

第4章 结 论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果