導電多層膜的層層自組裝及性能研究.pdf

1、自組裝多層膜已經(jīng)引起了來自不同領(lǐng)域科學家的廣泛關(guān)注。自組裝多層膜主要存在于氣/液或液/固界面上，且很容易通過層-層自組裝技術(shù)來構(gòu)建。1991年，Decher發(fā)展了一種基于陰、陽聚電解質(zhì)間靜電作用為推動力的制備多層膜的方法，由此揭開了自組裝多層膜制備與研究的新篇章。 本論文旨在采用自組裝法制備高導電性多層膜，研究多層膜的電導率與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，提出了相應(yīng)的導電機理，促進高導電性自組裝多層膜的發(fā)展。 在論文的第二章中，采用十六烷

2、基三甲基溴化銨(C16TAB)修飾氧化石墨(GO)與聚丙烯酸(PAA)進行靜電自組裝。實驗表明通過C16TAB表面修飾后，GO可與PAA牢固的吸附，制備的多層膜具有較高的導電性。由于PAA分子鏈可以擴散進入納米GO薄片層間，致使GO薄片層間距擴大甚至剝離，當GO層間距(或組裝層數(shù)n)增大至滲濾閾值時便會產(chǎn)生滲濾效應(yīng)。采用分子量為2000-4000的PAA組裝的多層膜具有典型的PTC/NTC效應(yīng)。分子量較低的PAA更容易擴散至GO層間，導

3、致多層膜產(chǎn)生更高的電導率和更低的滲濾閾值。將(PAA/GO)n多層膜還原后，電導率得到極大提高，滲濾閾值向較高組裝雙層數(shù)移動。依此，我們獲得了組裝高電導率和低滲濾閾值多層膜的新方法。 在論文的第三章，利用與第二章類似的靜電自組裝方法，成功地實現(xiàn)了C16TAB修飾的石墨(G)與聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)的層層自組裝。實驗結(jié)果表明將納米GO薄片還原后的表面更易被C16TAB修飾，所制備的(PSS/G)n多層膜的電導率得到極大提高。當多

4、層膜的厚度達到52納米時，便會克服表面粗糙度與形貌的影響，產(chǎn)生滲濾現(xiàn)象，滲濾閾值n=4時，電導率最高可達204.1S/cm。 在論文的第四章，我們首先提出用聚合—生長兩步法（無需任何模版）制備了高度有序的PANI 陣列。實驗結(jié)果證實苯胺濃度、酸用量、酸濃度及酸種類對PANI纖維陣列的形貌具有很大影響，實現(xiàn)了PANI陣列的尺寸與形貌可控性，通過優(yōu)化制備條件可以制備出高度有序的PANI薄片和纖維陣列。研究了高度有序PANI陣列的生長

5、機理，發(fā)現(xiàn)苯胺陽離子為PANI陣列的生長起到“模板”作用。采用XRD、UV-vis及FTIR測試表明，PANI陣列具有有序的分子構(gòu)象和較高的結(jié)晶性。制備的PANI陣列的電導率與溫度的關(guān)系符合準一維可變程跳躍模型，顯示出半導體特性。 在論文的第五章中，我們采用第四章中制備的高度有序PANI纖維陣列與PSS 制備了(PSS/PANI)n自組裝導電多層膜。實驗結(jié)果證明PANI纖維陣列溶解后仍呈納米顆粒狀，保持良好的晶體結(jié)構(gòu)，所制備的多

6、層膜比采用傳統(tǒng)法制備的PANI顆粒制備的多層膜具有更高的電導率、電化學活性和更低的滲濾閾值。 在論文的第六章中，研究了采用旋涂自組裝技術(shù)制備(PSS/G+/G-)n多層膜。結(jié)果表明不同PSS/G+/G-比例制備的多層膜與組裝層數(shù)均呈線性關(guān)系；相同組裝層數(shù)與相同旋涂轉(zhuǎn)速時，不同PSS/G+/G-比制備的多層膜中PSS的組裝量相等，而G(G++G-)的組裝量則與G 層數(shù)成正比例關(guān)系；旋涂轉(zhuǎn)速ω越高，所制備的多層膜越薄，且G的組裝量與

7、ω-1/2呈正比關(guān)系。PSS/G+/G-比例高的多層膜具有較高的電導率和較低的滲濾閾值，較高的旋涂轉(zhuǎn)速制備的多層膜具有較低的滲濾閾值。采用目數(shù)較大的納米石墨片組裝的(PSS/G+/G-)n旋涂自組裝多層膜具有更高的電導率與更低的滲濾閾值。我們采用自組裝法制備多種高導電性多層膜，研究了多層膜的制備條件—結(jié)構(gòu)—導電性之間的系統(tǒng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了多層膜的電導性滲濾現(xiàn)象，提出了其導電機理。這些結(jié)果在導電多層膜的制備方法，導電性能和導電機理等方面深化和