聚吡咯/聚合物复合纳米纤维的制备与表征

摘要

导电聚合物自发现以来，因其特殊的光学、电学、力学和磁学等性质，日益用作太阳能电池、光电材料、超级电容、传感器、记忆材料、驱动器及人造肌肉的重要组成材料。而具有纳米结构的导电聚合物及其复合材料更兼具导电聚合物和纳米材料的特性，在催化、传感、医药卫生、磁性材料、光学材料、微电子等领域都有巨大的潜在应用。其中，聚吡咯具有环境稳定性好、掺杂后导电性高等优点，因此聚吡咯纳米材料将结合有机导体和纳米结构的优点，在分子导线、化学传感器或驱动器、气体分离膜等方面有潜在的应用。但是由于聚吡咯在通常情况下不易溶解和熔化，加工性能很差，这限制了它的应用。因此，研究可以直接加工成型的导电聚吡咯纳米材料是目前导电聚吡咯纳米材料研究的热点。
　　 本论文以制备高电导率的聚吡咯复合纳米纤维为目的，通过化学氧化法制备了可溶于二氯乙酸(DCAA)中的磺酸盐掺杂聚吡咯，将聚吡咯(PPy)溶液分别与聚乙烯醇(PVA)溶液和丙烯腈-偏氯乙烯共聚物[P(AN-co-VDC)]溶液进行物理共混，这在很大程度上改善了PPy的加工性能。进一步借助静电纺丝法得到了聚吡咯/聚乙烯醇(PPy/PVA)复合纳米纤维和聚吡咯/丙烯腈-偏氯乙烯共聚物[PPy/P(AN-co-VDC)]复合纳米纤维，并且制备了功能化掺杂剂磺基琥珀酸二乙基己酯钠(DEHS)掺杂PPy复合纳米纤维。通过场发射扫描电镜(FESEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)及四探针技术研究了反应条件和不同掺杂剂对PPy复合纳米纤维形貌及性能的影响。
　　 本实验成功制备出了平均直径在80±17nm～162±12nm之间的PPy/PVA纳米纤维和平均直径在125±24nm～464±177nm之间的PPy/P(AN-co-VDC)纳米纤维。吡咯聚合时间达到24h左右时所得到的PPy/PVA纳米纤维电导率较高，吡咯聚合时间的延长会使最终的复合纳米纤维电导率有所下降;纳米纤维直径越小，其电导率越高。具有柔性链结构及极性基团的掺杂剂能在很大程度上提高PPy复合纳米纤维的导电性，复合纳米纤维的电导率要远远大于共混体系中两种组分的电导率。本实验中DEHS掺杂PPy/PVA纳米纤维和PPy/P(AN-co-VDC)纳米纤维直径较小，具有良好的热稳定性和较高的电导率(26.64±3.05S/cm，20.91±4.60S/cm)。导电聚合物制备技术和掺杂剂对导电聚合物材料的性能有很大影响。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 绪论

1．1 导电聚合物简介

1．1．1 导电聚合物概述

1．1．2 导电聚合物的分类

1．1．3 导电聚合物的制备

1．1．4 导电聚合物的导电机理及掺杂概念

1．1．5 导电聚合物的结构特征及性能

1．1．6 导电聚合物应用

1．2 聚吡咯(PPy)研究概况

1．2．1 聚吡咯(PPy)的合成

1．2．2 聚吡咯(PPy)的掺杂机理和结构

1．2．3 聚吡咯(PPy)的应用

1．3 纳米纤维概述

1．3．1 纳米纤维的制备方法

1．3．2 纳米纤维的性质及应用

1．4 导电聚合物纳米复合材料导电机理

1．5 聚吡咯纳米复合纤维的研究进展

1．6 本论文研究内容及意义

第二章 可溶性聚吡咯的合成及其性能的研究

2．1 引言

2．2 实验原料

2．3 实验仪器及设备

2．4 PPy的制备及其性能表征

2．4．1 未掺杂PPy及掺杂态PPy的制备

2．4．2 PPy的性能表征

2．5 结果与讨论

2．5．1 扫描电镜(FESEM)分析

2．5．2 红外光谱(FTIR)分析

2．5．3 热稳定性(TG)及导电性(Conductivity)分析

2．6 本章小结

第三章 聚吡咯／聚乙烯醇纳米纤维的制备及其性能研究

3．1 引言

3．2 实验原料

3．3 实验仪器及设备

3．4 PPy／PVA纳米纤维的制备及其性能表征

3．4．1 PPy／PVA纳米纤维的制备

3．4．2 PPy／PVA纳米纤维的性能表征

3．5 结果与讨论

3．5．1 复合纳米纤维的形貌分析

3．5．2 复合纳米纤维的结构分析

3．5．3 复合纳米纤维的热稳定性分析

3．5．4 复合纳米纤维的导电性能分析

3．6 本章小结

第四章 聚吡咯／丙烯腈-偏氯乙烯共聚物纳米纤维的制备及其性能研究

4．1 引言

4．2 实验原料

4．3 实验仪器及设备

4．4 聚吡咯／丙烯腈-偏氯乙烯共聚物纳米纤维的制备及其性能表征

4．4．1 聚吡咯／丙烯腈-偏氯乙烯共聚物纳米纤维的制备

4．4．2 聚吡咯／丙烯腈-偏氯乙烯共聚物纳米纤维的性能表征

4．5 结果与讨论

4．5．1 复合纳米纤维的形貌分析

4．5．2 复合纳米纤维的结构分析

4．5．3 复合纳米纤维的热稳定性分析

4．5．4 复合纳米纤维的导电性能分析

4．6 本章小结

第五章 研究结论及展望

5．1 研究结论

5．2 问题及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

附录(缩写及符号说明)

致谢