微納結(jié)構(gòu)聚苯胺及其復(fù)合材料的制備和電磁性能研究.pdf

1、聚苯胺由于其獨(dú)特的摻雜機(jī)理、良好的環(huán)境穩(wěn)定性、制備簡單、原料易得、電導(dǎo)率優(yōu)良、物理化學(xué)性能優(yōu)異等特征，以及在電子器件、傳感器、能量存儲、電磁屏蔽、金屬防護(hù)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用前景，引起了人們廣泛的關(guān)注。由于微納結(jié)構(gòu)的聚苯胺集導(dǎo)電高分子和納米材料雙重性能于一身，在科學(xué)和應(yīng)用上都引起人們廣泛的興趣，近年來日益成為材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。因此設(shè)計(jì)和制備可控微納結(jié)構(gòu)聚苯胺及其復(fù)合材料的研究已經(jīng)受到人們越來越多的重視。本論文圍繞著微納結(jié)構(gòu)聚苯胺及其復(fù)

2、合材料的制備來展開，研究了一些構(gòu)建微納結(jié)構(gòu)聚苯胺及其復(fù)合材料的方法，分析了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性能，提出了其形成的機(jī)理。主要的研究內(nèi)容如下：
　　 1、采用纈氨酸摻雜化學(xué)氧化聚合大批量地制備了具有超疏水性的花狀微納結(jié)構(gòu)的聚苯胺。并且此方法可以推廣到蘇氨酸、脯氨酸、精氨酸摻雜體系。此外，花狀微納結(jié)構(gòu)的聚苯胺薄膜的超疏水性可以簡易地通過改變聚合反應(yīng)時(shí)間以及控制纈氨酸的濃度來調(diào)控。這種大批量簡易地制備超疏水性聚苯胺薄膜的方法可能會促進(jìn)其在生物

3、傳感、控制分離、自清潔表面和防靜電涂層領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　 2、通過不同濃度的樟腦磺酸(CSA)摻雜制備出大量地網(wǎng)狀分級結(jié)構(gòu)的聚苯胺，通過改變CSA的濃度可以調(diào)控最終產(chǎn)物聚苯胺的形貌，發(fā)現(xiàn)在較低的(1-6mM)CSA濃度下，由于聚苯胺分子鏈中大量吩嗪結(jié)構(gòu)單元的誘導(dǎo)，最后得到含有大量分支狀分子鏈的聚苯胺產(chǎn)物。研究表明經(jīng)過充放電循環(huán)后，網(wǎng)狀分級結(jié)構(gòu)聚苯胺材料從片狀形貌破碎成納米顆粒的同時(shí)，其枝狀分子鏈的聚苯胺斷裂成線型的聚苯胺分子片段

4、，這提升了分子鏈中π-π共軛的程度，提高了聚苯胺電極的導(dǎo)電性并且降低其內(nèi)部阻抗，因此其電化學(xué)性能明顯提升。該工作為研究聚苯胺基超級電容器電極材料時(shí)提供了指導(dǎo)。
　　 3、通過Pickering乳液法成功制備了具有氧化石墨烯(GO)包裹聚苯胺納米顆粒結(jié)構(gòu)的聚苯胺/氧化石墨烯(PG)復(fù)合納米材料。測試結(jié)果表明這種復(fù)合材料中GO和聚苯胺是通過氫鍵和π-π共軛作用復(fù)合起來的。電化學(xué)測試表明，由于GO對聚苯胺納米顆粒的包裹，聚苯胺/GO復(fù)

5、合材料的電化學(xué)性能明顯提升，并且提出初始GO的投料比以及GO和聚苯胺的協(xié)調(diào)作用對復(fù)合材料的形貌以及電化學(xué)性能有嚴(yán)重的影響。
　　 4、通過水熱碳化葡萄糖的方法制備了表面富含羥基官能團(tuán)的碳球，然后通過原位聚合法制備出刺球狀聚苯胺/碳球(PANI/CS)二元復(fù)合材料，接著利用強(qiáng)超聲分散引入還原氧化石墨烯(r-GO)，得到r-GO/CS/PANI三元復(fù)合材料，研究了r-GO的引入對整個(gè)復(fù)合材料的影響，發(fā)現(xiàn)很少量的r-GO引入，就可以大

6、大提高CS/PANI二元復(fù)合材料的電容性能，電化學(xué)交流阻抗譜表明r-GO的引入可以提高電極材料中離子和電荷的傳輸，有效地降低界面電荷傳輸阻抗和內(nèi)部阻抗，提升復(fù)合電極材料的電化學(xué)性能。本工作為提升電極材料的電化學(xué)性能提供了一種簡便有效的方法。
　　 5、通過液滴模板法制備了空心聚鄰甲苯胺(POT)微球，研究了不同條件對POT形貌的影響，然后利用空心POT為模板，通過原位共沉淀制備出空心POT/Fe3O4復(fù)合材料，探討了不同條件對復(fù)