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《厦门大学》 2001年
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导电聚合物-纳米半导体微粒复合膜的制备和性能研究

黄怀国  
【摘要】:半导体纳米材料虽然制备方法很多,但因其粒径小,表面能高,易团聚而不能较好地得到广泛应用。若它同聚合物相结合,聚合物可起到载体作用,不仅可以防止团聚,而且可以控制粒子的尺寸大小和分布及提高稳定性,更重要的是,若想将粒子的特殊性能以材料形式付诸应用,必须实现它以某种形式与体相材料相复合与组装。聚合物具有良好的加工性能,使其在复合和组装半导体纳米粒子方面较其它材料有优势。利用半导体纳米粒子的光电特性,可将复合物制备成实用的新型非线性光学材料、电致发光、激光放大材料等,大大拓宽其应用范围。因而导电聚合物-纳米半导体微粒复合膜的研究虽然只是近十年才发展起来的,但其进展十分引入注目,并已成为近几年来材料研究的热点。 本文利用电化学组装法(electrochemical-assembly,ECA)在不同基底表面上依次组装和制备了对氨基苯硫酚(PATP)和聚苯胺(PANI)薄膜,并采用电化学组装(ECA)-电沉积法联用技术和电化学组装(ECA)-溶胶凝胶法(sol-gel)联用技术制备了TiO_2-PANI复合膜、ZnO-PANI复合膜和CdS-PANI复合膜。利用扫描隧道显微镜、电化学石英微天平、X-光电子能谱、拉曼光谱、循环伏安法、荧光光谱和光电流谱等技术研究PATP在金电极表面组装的动力学过程和PANI薄膜的表面形貌、结构和光电化学性质,并在研究PATP膜和PANI膜的结构及性质的基础上,对复合膜的结构、形貌及性质进行表征,同时还初步探讨了其性能和应用。本文还利用氧化铝模板(AAO)制备了PANI纳米管、Zn0纳米线、ZnO-PANI同轴纳米线及其阵列,并对它们的形貌和性质进行初步表征。主要研究结果如下: 中文挽要 一、采用自组装技术在n&W上获得较有序的PATP膜: 1.PATP在An表面自组装过程包括两个阶段:0)吸附过程,该过程速度快,受 扩散过程控制;o)结构重组过程,该过程需要一定时间。 2.PAh是以S-n键,并采用“站立”的方式吸附在金表面。 3.PATP的组装有利于PANI的聚合,并对PANI的结构和形貌有影响。 二、采用循环伏安法在PATP单分子层上制备了导电PANI膜: 1.制备了三种氧化还原态的多孔、絮状结构PNI膜,并对其导电性能和光电性 能进行研究。 2.从部分氧化态PNI光电流谱得到的Fower图,表明PAN--膜具有内光电发射 效应。从 Fower图求得的绝缘母体的禁带宽度为 3.33eV。从 MOttSChottky图 得到部分氧化态和还原态PNI在 1刀moCh HCIO。溶液①H=0.43)的平带电位均 为0石3V卜S.SCE),并获得部分氧化态I?ANI的能带结构。 3.提出建立在内光电发射效应基础上的部分氧化态I?APl光电化学新模型。 4.初步讨论了制备条件对PANI膜性能的影响。 三、采用电化学组装-电赋联用技术获得纳米结构To。J?ANI复合膜: 1.TIO。纳米微粒在PNI膜上呈紧密结构,并不完全覆盖PANI膜,微粒尺寸大 约川~200nln。 2.电化学研究表明 TIO。-nNI复合膜只有在低扫描速度时*,才表现出整 流效应;fio,-PAbl复合膜兼有TIO。微粒和PANI物种的阳极光电流谱带,表 现为复合材料的性质。以fio,-I?AN--膜为光阳极组成的简单光化学电池有较高 的能量转换效率(最高可达3.9%)。 3.利用MOttschop图得到PNI膜上ilo。微粒膜在1.OInoMi HCIO。溶液中的 平带电位为心.15V(V.SCE),其掺杂浓度为9.IX10”Cf’;并结合PAN’I的光电 化学模型,对fio。-PANI复合膜的光电化学过程进行解释。 11 厦门大学理学博士学位论文 导电聚合蜘纳米半导体微粒复合膜的制备和性能研究 黄怀国Zbol7 4.热处理温度对 ho。-PANI复合膜的光电性质有影响,最佳处理温度为 150T。 5.Dq工yo盯复合膜能够有效处理含有苯酚的污水。 四、采用电化学组茨挤胶凝胶法联用技术获得纳米结构ZnO-PANI复合膜: 1.制备条件对ZnO溶胶的尺寸、光吸收和荧光性能尤其后两者的量子效应有较 大的影响。 2.利用溶胶-凝胶法在PANI膜上制备的ZnO微粒膜的结构和表面形貌与在An 表面上直接形成的ZnO微粒膜相似,具有均匀、致密、多孔的纳米结构。PANI 的多孔结构有抑制ZnO胶粒团聚的作用。ZnO微粒为六方纤锌矿晶型,微粒 尺寸大约10nln。 3.ZnO-PAN’I复合膜的拉曼光谱和红外漫反射光谱中的C-N特征谱带较ItN--有 不同程度的兰移,表明了I%N’-的上丁H基团和h广离子有化学相互作用。 4.由于M-PAN-I复合膜中的ZnO微粒尺寸较小和出现新的表面态,使ZnO-PAN’I 复合膜荧光光谱有较大的兰移;同时由于PAN’l本身的光吸收及能量转移,使 ZnO.PANI复合膜荧光光谱强度较单纯ZnO微粒膜有所增强;胶体陈化时间和 ZnO胶粒表面富余物种对ZnO.PNI复合膜的性质有较大影响。 5.ZnO-I?APl复合膜中ZnO微粒具有光电化学纳米效应;ZnO-PAN-I复合膜的阳 极光电流谱在75
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TB43

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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10 李春霞;李立平;酒金婷;王柏华;;纳米粒子的表面改性研究进展[A];第二届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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【二级引证文献】
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中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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