导电复合材料磺化聚苯乙炔/多壁碳纳米管研究

摘要

导电高分子复合材料在电磁屏蔽、抗静电、导电黏合剂、微电子电路器件及防腐蚀等方面具有广泛应用。磺化聚苯乙炔(SPPA)为聚苯乙炔(PPA)经硫酸改性的具有金属光泽的共轭高聚物。碳纳米管(CNT<,s>)具有优异的力学、电学、光学等性能，骨架结构中富含有sp2杂化的碳原子，可与电子给体和电子受体发生掺杂。本文通过原位聚合和浓硫酸改性制备得到共轭高聚物SPPA，通过超声共混制备SPPA/MWNT<,s>复合材料，在复合材料导电特性研究中发现特殊现象，并对其导电机理进行进一步探究。 本文主要进行了如下几个方面的研究。 1 磺化聚苯乙炔/碳纳米管复合材料的制备与表征利用原位聚合法制备聚苯乙炔，采用H<,2>SO<,4>对其进行磺化；采用HNO<,3>对多壁碳纳米管(MWNT<,s>)进行纯化处理：用纯化处理的MWNT<,s>填充共轭高聚物SPPA，通过超声共混制备得到SPPA/MWNT<,s>复合材料。对制备产物进行了元素分析、红外光谱分析和透射电镜分析，证明制备得到PPA，SPPA和纯净的MWNT<,s>。 2 SPPA/MWNT<,s>复合材料导电特性研究利用元素分析、四探针、高阻计以及恒温控制装置等方法研究了电导率与含硫量、MWNT<,s>含量和温度的关系。含硫量与电导率的关系为：含硫量越高，电导率越大。SPPA/MWNT<,s>复合材料常温电导率与MWNT<,s>含量的关系表现出电导率发生两次突跃。SPPA/MWNT<,s>复合材料变温电导率表现出随温度的升高而下降的负温度系数效应(NTC)。 3 SPPA/MWNT<,s>复合材料中MWNT<,s>对SPPA掺杂的研究光电子能谱结果显示复合材料中主峰位置向高结合能方向发生移动；紫外一可见漫反射光谱结果表明复合材料中主峰位置发生红移；X衍射光谱分析显示，在9.5(')处的主峰变的更强更尖锐。这些结果都有力的证明：MWNT<,s>对SPPA进行掺杂，彼此间发生电荷转移。并且由于SPPA与MWNT<,s>之间电荷转移，彼此间存在一定的相互作用力，使MWNT<,s>界面的SPPA排列更有规则，晶格度更高。 4 SPPA/MWNT<,s>复合材料导电机理研究根据上述三部分的实验结果，提出了SPPA/MWNT<,s>复合材料的导电机理为：复合材料中的共轭聚合物SPPA不仅被导电粒子(MWNT<,s>)物理填充，同时还被MWNT<,s>碳原子掺杂，使复合材料中存在两种导电通路而导电，一是SPPA与MWNT<,s>的碳原子发生电荷转移而被掺杂，彼此之间存在一定的相互作用力，SPPA包裹MWNT<,s>形成独立导体单元，这种独立单元相互接触形成的导电通路；二是MWNT<,s>粒子相互接触形成的导电通路。由此，我们提出了导电机理模型。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1导电高分子材料

1.2导电高分子/碳纳米管复合材料

1.3导电高分子材料/碳纳米管复合材料的表征方法

1.4论文的切入点

第2章聚苯乙炔/碳纳米管复合材料的制备与表征

引言

2.1实验部分

2.2结果与讨论

2.3结论

第3章复合材料导电特性研究

引言

3.1实验部分

3.2结果与讨论

3.3结论

第4章复合材料中MWNTs对SPPA的掺杂

前言

4.1实验仪器

4.2结果与讨论

4.3结论

第5章复合材料导电机理研究

5.1高分子复合材料的导电机理简介

5.2复合材料导电机理

第6章结论

附录：已完成的文章

参考文献

后记