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聚噻吩与聚对苯撑膜的电化学合成及性能研究

陈婉  
【摘要】: 聚噻吩(PTH)和聚对苯撑(PPP)是两种典型的导电高分子。两者都具有较高的导电性及环境稳定性,是一类新型的功能性材料。在能源、电致发光、电化学传感器、智能材料及防腐等方面有着广泛的应用前景。 电化学法合成的聚对苯撑与聚噻吩可直接在电极上反应成膜,兼有膜厚与掺杂度的可控性,是制备功能性膜的主要方法。电化学合成导电高分子膜的性能受到膜形态的影响,而高分子膜形态受到诸多电化学合成条件的影响。如何通过控制电化学条件,调节导电高分子膜形态,提高膜的电化学性能是电化学合成导电高分子膜的研究课题之一。 本文采用循环伏安法和恒电流法在惰性电极与304不锈钢低频载波氧化膜上合成了聚对苯撑与聚噻吩膜。利用红外光谱、XPS分析、循环伏安扫描及四探针法对高分子膜结构和电化学性能进行表征。同时,采用分形方法,对不同电化学条件下的高分子膜形态进行定量研究。 惰性电极上,电化学合成的PTH膜的共轭链主要是按a-a′规则连接,PPP膜的分子结构主要是对位连接,两者都具有良好的电化学氧化还原可逆性。PTH与PPP膜的电导率分别在5.0~10S/cm与2.0~5.0S/cm的范围内,具有较好的导电性能。在此基础上,采用灰度分析法,论证了PTH及PPP膜的形态呈现分形特征。分别采用盒子维法和恒相位角阻抗法计算不同合成条件及环境下两种导电高分子膜的分维值,结果表明,合成电量为10mC/cm~2的PTH薄膜分维值小,而合成电量为100mC/cm~2的PTH厚膜分维值大。说明PTH薄膜与厚膜的形态具有不同的分形特征,且厚膜的链结构无序度大;随着PTH与PPP膜掺杂程度的提高,膜的分维值增大,电阻减小;而随着PPP膜的老化,膜的分维值减小,氧化还原活性降低。两种方法计算所得结果的变化规律一致。 电化学低频载波氧化法与聚噻吩膜的电化学沉积法相结合,首次在304不锈钢表面制备出氧化物/PTH复合膜。复合膜中的PTH层的分子结构按a-a′规则连接,具有良好的电化学氧化还原可逆性。PTH复合膜的电导率在5.0~10S/cm的范围内。两种复合膜界面结合强度分别为4.98MPa和5.10MPa。耐蚀性测试结果表明,复合膜抑制了304不锈钢基体的阳极溶解,起到保护不锈钢基体的作用。 采用低频载波氧化法在304不锈钢上形成纳米多孔表面,实现了聚对苯撑膜在304不锈钢上的电沉积。复合膜中的PPP层的分子结构主要以对位相连,具有可逆的电化学氧化还原性。PPP复合膜的界面结合强度为4.65MPa,电导率在1.0~3.0S/cm的范围内。


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