二次掺杂聚苯胺纳米材料的制备及其性能研究

摘要

聚苯胺因其导电性能优良，具有独特的掺杂-解掺杂特性、突出的抗点蚀能力以及优异的环境稳定性而成为应用最为广泛的高分子材料。本文选用直接混合氧化还原法，在酸体系下获得一次掺杂态聚苯胺产物，通过形貌及性能地对比筛选出最佳一次酸体系；依托聚苯胺所独有的掺杂-解掺杂特性，采用二次掺杂的方法制备二次掺杂态聚苯胺。采用扫描电镜、四探针电导率测试仪、红外光谱仪、紫外可见光吸收光谱仪等对产物进行了表征分析，利用电化学工作站测试产物的电化学性能，并对测试结果进行了拟合，得到了以下主要结论： （1）不同无机酸体系中均能制备一次掺杂聚苯胺。其中，高氯酸体系产物形貌最佳，产率、电导率也最为优异，可达110.11%，电导率为0.101S/cm。采用高氯酸体系作为一次掺杂酸，在不同无机酸体系中进行二次掺杂，产物形貌、性能较之一次产物均出现了不同程度地改善，证明了二次掺杂对一次产物形貌、性能地改善在无机酸体系中具有普适性。 （2）不同有机酸体系中均能合成一次掺杂聚苯胺。其中，酒石酸体系产物形貌最佳，产率、电导率也最为优异，可达104.68%，电导率为0.0223S/cm。但相比于高氯酸体系一次掺杂产物仍存在差距，因此，选取高氯酸体系作为一次掺杂酸体系，再用不同有机酸体系进行二次掺杂，其产物形貌、性能较之一次产物均不同程度地改善，表明二次掺杂对一次产物形貌、性能地改善在有机酸体系中具有普适性。不同酸体系中获得的聚苯胺纳米材料，形貌优良的产物，往往具有优异的产率及电导率，说明聚苯胺产物形貌对其他方面的性能存在影响，这也给二次掺杂聚苯胺纳米功能材料的研究提供了新的思路。 （3）电化学极化曲线测试以及电化学阻抗图谱测试发现，不同酸体系聚苯胺产物的自腐蚀电位较之裸钢自腐蚀电位均发生了不同程度地负移，不同酸体系聚苯胺产物阻抗弧较之裸钢阻抗弧均表现出了不同程度地增大，表明了不同酸体系聚苯胺产物均表现出了不同程度的防腐蚀能力。其中，无机酸体系中，高氯酸体系防腐性能最佳，缓蚀率可达67.57%，阻抗拟合值可达694.52Ω/cm2；而有机酸体系中，酒石酸体系防腐能力最强，缓蚀率达到了62.36%，阻抗拟合值达到了604.22Ω/cm2。这印证了聚苯胺一次产物拥有优秀形貌、电导率等性能的同时，也具备最佳的防腐蚀能力。在极化曲线测试以及电化学阻抗图谱分析中，不同掺杂酸体系中，二次掺杂聚苯胺产物均表现出了比一次产物要优秀的性能，表现在二次产物的自腐蚀电位在一次产物自腐蚀电位基础上继续发生不同程度地负移，缓蚀率也有所增加，二次产物阻抗弧半径也大于一次掺杂产物。无机酸体系中，钼酸体系二次产物缓蚀效果最佳，缓蚀率达74.67%，阻抗拟合值为984.85Ω/cm2；有机酸体系中，单宁酸体系缓蚀效果最佳，缓蚀率可达75.81%，阻抗拟合值高达1017.31Ω/cm2。

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第一章 绪论

1.1金属材料的腐蚀与防护

1.1.1金属材料防腐的意义

1.1.2金属材料的腐蚀类型

1.1.2.1全面腐蚀

1.1.2.2局部腐蚀

1.1.3海洋环境中金属材料的防腐蚀及安全保护措施

1.2聚苯胺的结构与性能

1.2.1聚苯胺的分子结构

1.2.2聚苯胺的性质

1.2.3聚苯胺的掺杂

1.2.4聚苯胺的防腐机理

1.3聚苯胺二次掺杂研究

1.3.1聚苯胺二次掺杂类型

1.3.2二次掺杂聚苯胺的防腐应用

1.4本论文的研究目的与研究内容

第二章 无机酸体系掺杂态聚苯胺的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验试剂

2.2.2实验仪器

2.2.3实验内容

2.2.3.1不同无机酸体系下掺杂态聚苯胺的制备

2.2.3.2不同无机酸体系下聚苯胺产物的性能测试

2.2.3.3聚苯胺产物的表征

2.3结果与讨论

2.3.1一次掺杂酸体系地筛选

2.3.1.1不同无机酸体系一次掺杂产物扫描电镜分析

2.3.1.2不同无机酸体系一次掺杂产物性能测试

2.3.1.3不同无机酸体系一次掺杂产物红外光谱、紫外-可见吸收光谱

2.3.2不同无机酸体系二次掺杂产物研究

2.3.2.1不同无机酸体系二次掺杂产物扫描电镜分析

2.3.2.2不同无机酸体系二次掺杂产物性能测试

2.3.2.3不同无机酸体系二次掺杂产物红外光谱、紫外-可见吸收光谱

2.4本章小结

第三章 有机酸体系掺杂态聚苯胺的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验试剂

3.2.2实验仪器

3.2.3.1不同有机酸体系中掺杂态聚苯胺的制备

3.2.3.2聚苯胺产物性能测试

3.2.3.3聚苯胺产物表征

3.3结果与讨论

3.3.1一次掺杂酸体系地筛选

3.3.1.1不同有机酸体系中聚苯胺一次掺杂产物的扫描电镜分析

3.3.1.2不同有机酸体系一次掺杂产物性能测试

3.3.1.3不同有机酸体系二次掺杂产物红外光谱、紫外-可见吸收光谱

3.3.2不同有机酸体系中聚苯胺二次掺杂产物研究

3.3.2.1不同有机酸体系聚苯胺二次掺杂产物扫描电镜分析

3.3.2.2不同有机酸体系聚苯胺二次掺杂产物性能测试

3.3.2.3不同有机酸体系聚苯胺二次掺杂产物红外光谱、紫外-可见光吸收光谱

3.4本章小结

第四章 功能酸二次掺杂聚苯胺防腐性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验试剂

4.2.3实验仪器

4.2.4实验内容

4.2.4.1工作电极制备

4.2.4.2不同酸体系中掺杂态聚苯胺的制备

4.2.4.3聚苯胺薄膜的制备

4.2.4.4极化曲线测试

4.2.4.5交流阻抗图谱测试

4.3实验结果与讨论

4.3.1无机酸体系合成掺杂态聚苯胺防腐蚀性能测试

4.3.1.1无机酸体系合成掺杂态聚苯胺极化曲线测试

4.3.1.2无机酸体系合成掺杂态聚苯胺电化学阻抗图谱测量

4.3.2有机酸体系合成掺杂态聚苯胺防腐蚀性能测试

4.3.2.1有机酸体系合成掺杂态聚苯胺极化曲线测试

4.3.1.2有机酸体系合成掺杂态聚苯胺电化学阻抗图谱测量

4.4本章小结

结 论

展 望

参考文献

致 谢

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