基于離子液體的導(dǎo)電聚苯胺及其復(fù)合材料的制備方法與性能研究.pdf

1、自上世紀(jì)70年代首次成功合成導(dǎo)電聚合物聚乙炔以來(lái)，導(dǎo)電高分子材料因其獨(dú)特的物理化學(xué)性能受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。而聚苯胺因其具有多樣化的結(jié)構(gòu)、特殊的質(zhì)子摻雜型、良好的氧化還原性、較好的環(huán)境穩(wěn)定性、優(yōu)異的物理性能、原料廉價(jià)易、電導(dǎo)率高，且合成方法簡(jiǎn)單、條件易于控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具有商業(yè)應(yīng)用前景的導(dǎo)電高分子材料之一，受到了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注和研究。本論文以聚苯胺為研究對(duì)象，在離子液體環(huán)境中制備得到了一系列聚苯胺基“聚合物-粘土”

2、導(dǎo)電復(fù)合材料。
　　本論文選用氨基磺酸為摻雜劑，過硫酸銨為氧化劑，在氯化1-羧甲基-3甲基咪唑離子液體中，采用化學(xué)氧化法制備得到了基于離子液體的導(dǎo)電聚苯胺。對(duì)離子液體環(huán)境中聚苯胺的合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化，研究了合成條件:摻雜劑用量、氧化劑用量、離子液體用量、合成時(shí)間對(duì)聚苯胺導(dǎo)電性能的影響。同時(shí)，對(duì)聚苯胺的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:當(dāng)mSA=1g、mAPS=1.7 g、m[CMMIm]Cl=5g、反應(yīng)時(shí)間為2h時(shí)，所得聚苯胺電導(dǎo)率

3、最高達(dá)2.5 S/cm，并且具有較好的環(huán)境穩(wěn)定性。
　　在上述工作的基礎(chǔ)上，本論文進(jìn)一步研究制得了“聚合物-粘土”導(dǎo)電復(fù)合材料—基于離子液體的聚苯胺-凹凸棒土復(fù)合材料。使用未經(jīng)處理的凹凸棒土原土，采用化學(xué)氧化法在離子液體環(huán)境中制得該復(fù)合材料，研究了凹凸棒土用量的改變對(duì)復(fù)合材料電導(dǎo)率的影響，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、性能及導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:當(dāng)mATP=0.15 g（即mATP/mAn=0.15）時(shí)，復(fù)合材料電導(dǎo)率最高達(dá)10 S/cm，

4、這說(shuō)明在離子液體環(huán)境中，聚苯胺對(duì)凹凸棒土形成了較好的包覆，利用凹凸棒土的棒晶結(jié)構(gòu)相互搭接，起到橋梁作用，促進(jìn)了導(dǎo)電通路的形成，使得基于離子液體的聚苯胺-凹凸棒土復(fù)合材料的電導(dǎo)率較離子液體環(huán)境的聚苯胺有較大提高。
　　本論文進(jìn)一步研究制得了基于離子液體的聚苯胺-蒙脫土導(dǎo)電復(fù)合材料。采用化學(xué)氧化法在離子液體中制備復(fù)合材料，研究了在離子液體環(huán)境中蒙脫土的分散時(shí)間對(duì)層間距的影響、合成條件中蒙脫土用量對(duì)復(fù)合材料電導(dǎo)率的影響，并對(duì)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、結(jié)

5、構(gòu)及性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:當(dāng)蒙脫土在離子液體中分散2h時(shí)，蒙脫土的層間距由1.27 nm增大至1.70 nm;當(dāng)mMMT=0.05 g（即mMMT/mAn=0.05）時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率最高達(dá)5 S/cm。在這一實(shí)驗(yàn)離子液體環(huán)境有效的促進(jìn)了蒙脫土層間距的增大，使得苯胺單體更易進(jìn)入層間，當(dāng)引發(fā)聚合后，聚苯胺在層間聚合的同時(shí)，吸附在表面苯胺單體同時(shí)聚合，形成包覆結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了電導(dǎo)率的提高。
　　為了與上述兩種不同結(jié)構(gòu)粘土（凹凸棒土為

6、棒狀結(jié)構(gòu)，蒙脫土為片層結(jié)構(gòu)）相比較，本文還研究了離子液體基聚苯胺-微硅粉導(dǎo)電復(fù)合材料。采用化學(xué)氧化法在離子液體中制備復(fù)合材料，研究了二氧化硅含量不同的微硅粉及合成中微硅粉的使用量對(duì)復(fù)合材料電導(dǎo)率的影響，并對(duì)結(jié)構(gòu)、性能及導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:當(dāng)SiO2＞70％，mSF=0.2 g（即mSF/mAn=0.2）時(shí)，電導(dǎo)率最高達(dá)1.6 S/cm;當(dāng)SiO2＞90％，mSF=0.07 g（即mSF/mAn=0.07）時(shí)，電導(dǎo)率最高達(dá)0.9

7、1 S/cm。
　　本論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于:首次將離子液體引入聚苯胺原位溶液聚合-化學(xué)氧化法制備出具有較好導(dǎo)電性及穩(wěn)定性的基于離子液體的聚苯胺導(dǎo)電材料。分別使用凹凸棒土原土、蒙脫土原土及微硅粉制備基于離子液體的聚苯胺-粘土導(dǎo)電復(fù)合材料，這其中離子液體既充當(dāng)了質(zhì)子源同時(shí)也作為改性劑得以應(yīng)用，并且復(fù)合材料電導(dǎo)率較高。從導(dǎo)電結(jié)構(gòu)模型上進(jìn)一步分析了所用粘土不同形貌對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)電性能的影響，為今后如何提高該類材料導(dǎo)電性能及在相關(guān)方面的應(yīng)用提供了