“配位—聚合—水热”法制备聚苯胺/铁氧体纳米复合物及吸波性能

摘要

文献研究发现，导电聚合物/无机纳米复合物的制备方法通常是先制备无机纳米粒子，再将导电聚合物原位生长在无机物的表面。形成的目标产物多呈现核-壳包覆结构，存在的主要缺陷是由于无机纳米粒子容易团聚，必须首先将其超声分散或通过表面修饰改性后再分散在一定的介质中才能进行后续复合过程。
　　鉴于苯胺单体的氮原子上具有孤对电子，能与许多过渡金属离子形成配合物，因此作者设计了在聚苯胺基质上生长无机纳米粒子的新方法。具体步骤如下:首先将苯胺单体与金属离子(Mn+)反应生成配合物，再加入氧化剂过硫酸铵(APS)引发苯胺聚合，这样金属离子(Mn+)便同时掺杂到聚苯胺分子链中，然后加碱调节介质pH值，通过后续水热反应使聚苯胺链中的金属源成核、生长、晶化形成预期的无机纳米粒子，获得非掺杂态聚苯胺基纳米复合物，最后将产物经适当酸掺杂获得兼具导电性及磁性的新型纳米复合材料，作者将此法命名为“配位-聚合-水热”法。具体研究内容及结果如下:
　　(1)首先将苯胺单体与金属离子(Fe3+、Co2+)反应生成配合物，再加入氧化剂过硫酸铵(APS)引发苯胺单体聚合，得到金属离子掺杂的聚苯胺。采用扫描电镜(SEM)研究了金属离子对合成聚苯胺形貌的影响，结果发现，金属离子的种类、含量、不同金属离子共存及聚合过程温度等因素对制备的聚苯胺形貌产生很大的影响。
　　(2)采用“配位-聚合-水热法”制备了本征态PAn-FeOOH，PAn-CoFe2O4及PAn-CoLa0.15Fe1.85O4纳米复合物，再以磺基水杨酸掺杂获得兼具导电性和导磁性复合物，考察了反应物配比及掺杂酸浓度等因素对产物电磁性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)及电磁测量等手段对复合物的形貌、结构及电磁性能进行了表征。
　　(3)PAn/FeOOH纳米复合物中当FeOOH的质量分数为24.12％时，复合物电导率为0.83S/cm，具有最佳的吸波性能:当材料厚度为3mm时具有最大反射损耗-33.75dB，对应的频率为12.88GHz，小于-10dB的带宽达6.14GHz;PAn/CoFe2O4纳米复合物中当CoFe2O4的质量分数为8.86％时，复合物的电导率约为0.43S/cm，具有最佳的吸波性能:其厚度为2mm时，在16.01GHz处最大反射损耗为-16.71dB，小于-10dB的带宽达4.68GHz，并且不同厚度的材料表现出不同的吸波性能;PAn/CoLaxFe2-xO4纳米复合物，当x=0.15即La取代量为7.5％，而CoLaxFe2-xO4占复合物的质量分数为8.23％，复合物电导率为0.833S/cm时，具有最佳的吸波性能:其厚度为2mm，在15.91GHz处最大反射损耗为-42.65dB，小于-10dB的带宽达6.14GHz，吸波性能优良，同时满足了高性能吸波材料所必须的“轻、薄、强、宽”的使用要求。
　　(4)比较了PAn-FeOOH、PAn-CoFe2O4和PAn-CoLa0.15Fe1.85O4纳米复合物的电磁性能，并对其吸波机理进行了探讨。通过各复合物吸波性能的比较发现，除了材料的电导率、磁导率及各组分的阻抗匹配外，材料的比表面积、界面效应及孔特征对其吸波性能也有很大的影响。结果还发现，随着PAn/CoLa0.15Fe1.85O4复合物厚度的增加，材料的吸波峰个数逐渐增多，由原先的1个变为2个和3个，并且吸收峰分布于低频、中频和高频段。该研究结果对未来吸波材料根据使用需求进行剪裁和调控具有指导作用。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 有机-无机纳米复合材料的制备

1．1．1 物理共混法

1．1．2 聚合物基体原位聚合法

1．1．3 一步合成法

1．1．4 纳米粒子原位生成法

1．2 聚苯胺研究概况

1．2．1 聚苯胺的基本·l生质

1．2．2 导电聚苯胺的合成

1．2．3 聚苯胺的应用

1．3 电磁吸波材料

1．3．1 吸波材料的简介

1．3．2 吸波材料的应用前景

1．3．3 吸波材料未来的发展趋势

1．4 本论文的研究目的、创新及研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究创新点

1．4．3 研究内容

第2章 金属离子对聚苯胺形貌的影响研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂

2．2．2 无金属离子存在下聚苯胺的制备

2．2．3 金属离子Mn+存在下聚苯胺的制备

2．2．4 表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 FT-IR分析

2．3．2 UV-Vis分析

2．3．3 聚合过程pH监测

2．3．4 聚苯胺分子量的测定

2．3．5 SEM分析

2．4 本章小结

第3章 “配位-聚合-水热法”制备聚苯胺／FeOOH纳米复合物及吸波性能研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂

3．2．2 Fe3+掺杂聚苯胺的制备

3．2．3 PAn／FeOOH复合物的制备

3．2．4 酸掺杂MeOOH复合物

3．2．5 表征与性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同反应条件对PAn／FeOOH复合物电导率的影响

3．3．2 扫描电镜(SEM)分析

3．3．3 XRD分析

3．3．4 FT-IR分析

3．3．5 电磁参数分析

3．3．6 吸波性能分析

3．4 本章小结

第4章 “配位-聚合-水热法”制备聚苯胺／CoFe2O4纳米复合物及吸波性能研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂

4．2．2 Fe3+及CO2+掺杂聚苯胺的制备

4．2．3 PAn／CoFe2O4复合物的制备

4．2．4 酸掺杂PAn／CoFe2O4复合物

4．2．5 CoFe2O4纳米粒子的制备

4．2．6 本征态PAn的制备

4．2．7 表征与性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同反应条件对PAn／CoFe2O4复合物电导率的影响

4．3．2 扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)分析

4．3．3 XRD分析

4．3．4 FT-IR分析

4．3．5 电磁参数分析

4．3．6 吸波性能分析

4．4 本章小结

第5章 “配位-聚合-水热法”制备聚苯胺／CoRExFe2-xO4纳米复合物及吸波性能研究

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 试剂

5．2．2 Fe3+，Co2+及RE3+掺杂聚苯胺的制备

5．2．3 PAn／CoRExFe2-xO4复合物的制备

5．2．4 Y(NO3)3·6H2O的制备

5．2．5 酸掺杂PAN／CoRExFe2-xO复合物

5．2．6 表征与性能测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 不同反应条件对PAn／CoRExFe2-xO4复合物电导率的影响

5．3．2 扫描电镜(SEM)分析

5．3．3 FT-IR分析

5．3．4 XRD分析

5．3．5 电磁参数分析

5．3．6 吸波性能分析

5．4 本章小结

第6章 PAn-FeOOH，PAn-CoFe2O4和PAn-CoLa0．15Fe1．85O4纳米复合物性能的比较及吸波机理探讨

6．1 前言

6．2 样品的氮气吸-脱附表征

6．3 样品磁性能的测试

6．4 吸波性能分析比较及吸波机理探讨

6．5 吸波材料展望

6．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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