聚取代苯胺及其与锌锰镍铁氧体复合物的制备及电磁性质研究

摘要

近年来，具有磁行为的导电聚合物和含有导电聚合物的磁性纳米微粒的合成已引起了人们极大的关注。 在众多导电聚合物中，聚苯胺(PANI)由于电导率高、质轻、掺杂态和未掺杂态的环境稳定性好、易于制备、单体的成本低等优点，已在防静电、微波吸收、电磁屏蔽等领域具有广泛的用途。但聚苯胺的难溶和难加工性使其应用受到限制，而聚取代苯胺则是解决以上问题的可能途径之一。取代苯胺是指苯环上的氢原子或氨基N原子上的氢被其他基团(烷基，烷氧基，卤素等)所取代，其性质随取代基的类型而异，且取代基的影响能够弥补聚苯胺在应用技术上的不足。如果将具有电损耗功能的聚苯胺或取代聚苯胺与具有磁损耗功能的铁氧体进行适当的复合，就有可能使该复合材料在保持各个组分材料某些特点的基础上，具有组分间协同作用所产生的综合性能。并可以通过调节各组元的相对含量实现对复合材料电磁性能的调控，弥补了单一材料的缺点，为制备电磁屏蔽、电磁波损耗吸收剂等功能材料和拓宽材料的应用领域提供了新的发展空间。基于上述目的，本论文将锌锰镍软磁铁氧体与取代聚苯胺(苯胺)复合，以期能够在拓宽其应用范围的前提下进一步提高复合材料的电磁损耗性能。 本论文用化学共沉淀法制备了锌锰镍铁氧体(ZMNFO)纳米粉末，用原位聚合法制备了苯胺/氯代苯胺的共聚物(PAn-co-P2ClPAn)、聚邻甲基苯胺(POT)、聚N-甲基苯胺(PNMAn)及其与锌锰镍铁氧体的各种复合物PAn-co-P2ClPAn/ZMNFO、POT/ZMNFO和PNMAn/ZMNFO。用X-射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FT-IR)、热重(TG)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了样品的微结构，微观形貌和热稳定性。实验结果证实了复合物是由导电聚合物和铁氧体纳米粒子组成的具有核.壳结构的复合体系。磁性纳米粒子的引入提高了复合物的热稳定性。 用四探针电导率仪、振动样品磁强计(VSM)和阻抗/材料分析仪分别测定了样品的导电率、饱和磁化强度和矫顽力以及复介电常数和复磁导率，计算了样品的电损耗因子tanδe和磁损耗因子tanδm。结果表明：复合物的导电率比聚合物小，且随铁氧体含量的增加而减小，其主要原因是铁氧体几乎为绝缘性粒子，铁氧体含量的增加降低了聚合物共轭链的连续性和掺杂度，导致复合物的导电性降低；复合物的饱和磁化强度随着磁性粒子含量的增加而增大，而矫顽力较小且变化不大；复合物以磁损耗为主，由于磁含量小，磁损耗正切值tanδm比纯铁氧体小，且随着磁含量的增大而增大。此外，复合物也有较好的介电损耗性能，且tanδe值出现了比纯聚合物大的现象，说明复合物的双组元间有较强的相互作用，其协同效应使介电损耗增大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1导电聚合物

1.1.1导电聚合物简介

1.1.2导电高聚合物结构及分类

1.1.3聚苯胺及聚取代苯胺

1.1.4聚苯胺及聚取代苯胺的导电特性

1.1.5聚苯胺以及聚取代苯胺的聚合方法

1.2尖晶石锌锰镍铁氧体

1.2.1尖晶石铁氧体的晶体结构

1.2.2尖晶石铁氧体的磁性来源

1.2.3尖晶石铁氧体电磁吸收材料

1.2.4尖晶石铁氧体的制备方法

1.3导电高聚合物／磁性无机复合材料

1.3.1导电高聚合物／磁性无机复合材料的研究进展

1.3.2导电聚合物／无机纳米复合材料的制备方法

1.4选题依据和研究内容

1.4.1选题依据

1.4.2研究内容

第二章聚取代苯胺的制备及其电性能

2.1试剂和仪器

2.1.1主要试剂

2.1.2主要仪器

2.2实验部分

2.2.1共聚物及聚取代苯胺的制备

2.2.2样品的表征及性能测试

2.3结果与讨论

2.3.1 X-射线衍射

2.3.2红外光谱

2.3.3热失重和热稳定性

2.3.4形貌

2.3.5导电率

2.3.6介电损耗

2.4本章小结：

第三章共沉淀法制备锌锰镍铁氧体及其磁性

3.1试剂和仪器

3.1.1主要试剂

3.1.2主要仪器

3.2实验部分

3.2.1锌锰镍铁氧体(Zn0.6Mn0.4-xNixFe2O4)磁性粒子的制备

3.2.2样品的表征和性能测试

3.3结果和讨论

3.3.1 X-射线衍射

3.3.2红外光谱

3.3.3形貌

3.3.4饱和磁化强度

3.3.5磁损耗

3.4本章小结：

第四章共聚物(苯胺／邻氯苯胺)及其复合物的制备和电磁性能

4.1试剂和仪器

4.1.1主要试剂

4.1.2主要仪器

4.2实验部分

4.2.1样品的制备

4.2.2样品的表征和性能测试

4.3结果与讨论

4.3.1 X-射线衍射

4.3.2红外光谱

4.3.3热失重和热稳定性

4.3.4形貌

4.3.5磁性

4.3.6电磁损耗性能

4.4本章小结：

第五章聚邻甲基苯胺及其复合物的制备和电磁性能

5.1试剂和仪器

5.1.1主要试剂

5.1.2主要仪器

5.2实验部分

5.2.1聚邻甲基苯胺(POT)导电聚合物的制备

5.2.2聚邻甲基苯胺／锌锰镍铁氧体(POT／ZMNFO)复合物的制备

5.2.3样品的表征与性能测试

5.3结果与讨论

5.3.1 X-射线衍射

5.3.2红外光谱

5.3.3热失重和热稳定性

5.3.4形貌

5.3.5磁性

5.3.6电磁损耗性能

5.4导电率

5.5本章小结：

第六章聚N-甲基苯胺及其复合物的制备与电磁性能

6.1试剂和仪器

6.1.1主要试剂

6.1.2主要仪器

6.2实验部分

6.2.1样品制备

6.2.2样品的表征与性能测试

6.3结果与讨论

6.3.1 X-射线衍射分析

6.3.2红外光谱

6.3.3热失重和热稳定性

6.3.4形貌

6.3.5磁性

6.3.6导电率

6.3.7电磁损耗性能

6.4本章小结：

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢