可溶性聚苯胺及其复合物的合成与表征

摘要

聚苯胺(PAn)具有较高的导电性、良好的化学稳定性、电化学可逆性、优良的电磁微波吸收性能和独特的掺杂现象，且原料易得、合成简单，具有潜在的溶液、熔融加工可能性，因此，聚苯胺在金属防腐涂料、二次电池、太阳能电池、抗静电及电磁屏蔽材料、传感器和电致发光材料等方面有着广泛的应用前景。但是，用小分子质子酸，如盐酸、硫酸等掺杂的聚苯胺，由于分子链的刚性和链间极性的相互作用使其溶解性极低，给成膜及加工带来了困难，因此其应用受到了一定的限制。而在大分子质子酸掺杂聚苯胺中，由于大分子质子酸的表面活化作用，使得聚苯胺分子内和分子间的构象更利于分子链上电荷离域化，从而聚苯胺的溶解性和电导率得到提高。
　　本文采用正交实验法合成衣康酸掺杂聚苯胺，研究氧化剂和苯胺摩尔比、氧化剂浓度、衣康酸和苯胺摩尔比、衣康酸浓度对聚苯胺的产率和电导率的影响，并对比本征态聚苯胺，分析衣康酸对聚苯胺的掺杂机理。最佳综合指标的衣康酸掺杂聚苯胺的合成条件为:氧化剂和苯胺摩尔比为1.5，氧化剂浓度为0.5mol/L，衣康酸和苯胺摩尔比为0.5，衣康酸浓度为0.5mol/L。该条件下制备的聚苯胺具有2.11×10-2S/cm的电导率。衣康酸掺杂聚苯胺平均粒径大小为10.661μm，微观形貌为粗细均匀且表面粗糙的纳米棒，而且在多种有机溶剂中有良好的溶解性。掺杂态聚苯胺比本征态聚苯胺具有更高的结晶度且掺杂发生在亚胺部分。
　　采用原位聚合法制备了聚苯胺/碳纳米管复合材料，复合材料的可溶性和热稳定性提供了。碳纳米管的加入改变了复合材料的微观形貌，且碳纳米管表面的π键主要通过聚苯胺分子上的醌环来产生与聚苯胺共轭结构的相互影响。
　　磷酸铁锂(LFP)有电子电导率低和Li+扩散速率低的缺点，为了改善其这一缺点，本文采用原位聚合法合成了一系列聚苯胺/磷酸铁锂。聚苯胺的加入提高了复合材料的电导率，当苯胺含量较少时，聚苯胺合成过程中形成包覆膜均匀包覆在LFP表面，当苯胺含量较高时，聚苯胺在LFP颗粒表面生成纳米棒状结构，聚苯胺未与LFP发生化学反应，仅通过物理作用吸附在LFP表面;LFP的存在阻碍包覆在其表面的聚苯胺分子的结晶。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 导电聚合物

1．2 导电聚苯胺

1．3 聚苯胺复合改性

1．4 聚苯胺及其复合材料的应用

1．5 本课题主要研究内容

2 正交实验法研究衣康酸掺杂聚苯胺

2．1 前言

2．2 实验部分

2．3 衣康酸掺杂聚苯胺的结果与讨论

2．4 衣康酸掺杂聚苯胺及其对应的本征态聚苯胺的结果与讨论

2．5 小结

3 可溶性聚苯胺／碳纳米管复合材料的制备及表征

3．1 前言

3．2 实验部分

3．3 结果与讨论

3．4 小结

4 聚苯胺／磷酸铁锂复合材料的合成及表征

4．1 前言

4．2 实验部分

4．3 结果与讨论

4．4 小结

5 结论

参考文献

致谢

在学期间研究成果