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《扬州大学》 2009年
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聚苯胺微/纳米材料的湿化学法合成及其形貌调控

周传强  
【摘要】: 聚苯胺纳米材料,集功能导电高分子与纳米颗粒的特性于一身,在科学上和技术上已经引起了人们广泛的关注,并成为材料领域新的研究热点。聚苯胺纳米材料的化学制备方法大致包括:固体模板法(也称“硬模板”法),反应性模板法,基于表面活性剂的模板导向法(又称“软模板”法),固体表面生长法,界面聚合法等等。目前有关聚苯胺的研究主要集中在聚苯胺纳米结构的调控上,而有关苯胺的氧化聚合过程与聚苯胺纳米结构形成之间的内在联系在科学界仍没有达成共识。基于上述考虑,本文研究了无任何添加剂的水溶液、酸/碱溶液、表面活性剂稀溶液及胶束溶液、以及水/有机相界面等不同条件下,苯胺的氧化聚合过程与聚苯胺纳米结构生长之间的关联,为聚苯胺纳米材料的可控合成提供理论依据。 在无任何添加剂的水溶液中通过苯胺的氧化聚合法制备了聚苯胺多级结构——纳米纤维编织的微米席。以电镜、红外光谱以及XRD等手段测试了不同反应时间所得产物的形貌、化学结构以及结晶性,进而讨论了聚苯胺微米席的生长机理。在较低氧化剂/单体摩尔比条件(0.1:1-0.8:1)下,苯胺稀溶液氧化聚合制备了聚苯胺二维片结构与三维花状多级结构。在该摩尔比为0.1:1-0.3:1时,产物的形貌主要为片状结构;而当该比例在0.4:1-0.8:1之间时,得到了花状结构的产物。分别研究了它们的生长过程,探索了其形成机理。 考察了酸/碱性对聚合过程以及产物形貌、结构的影响。在室温、无机酸稀溶液中制备了导电态的聚苯胺矩形亚微米管组装的扇形超级结构。通过管基扇状结构生长过程的测量以及苯胺氧化聚合过程的讨论,推测了矩形管的形成及其扇形组装的机理。在碱性溶液中,苯胺氧化聚合得到了纳米片基的微米球、纳米棒基的微米球、纳米盘基的微米棒。进一步实验发现,微米棒是由纳米盘通过交联反应面对面叠加而成,称之为纳米盘基的微米塔。考察了不同反应时间微米塔的形貌进化与化学结构变化,进而探讨了其生长过程。 在阴离子表面活性剂稀溶液中制备了聚苯胺矩形亚微米管。考察了苯胺单体浓度、氧化剂/单体摩尔比对矩形管尺寸与形貌的影响,并研究了其生长过程。当该体系中添加有无机酸时,即在SDS/HCl稀溶液中制备了表面覆盖有纳米结构的矩形亚微米管。研究了反应温度、SDS与HCl浓度对产物形貌的影响,讨论了该结构的生长机理。在TX-100胶束体系中,通过苯胺、吡咯混合物的氧化聚合,成功地制备了聚(苯胺-吡咯)共聚空心纳米球。DLS实验证实了反应体系中TX-100胶束的存在以及共聚单体在胶束内的增溶;讨论了共聚空心纳米球的形成机理。以FTIR、UV-vis与1H NMR谱图表征了产物的化学结构,从而证实了产物的共聚物组成。 提出了一种新的有机/水相界面聚合方法,水相中引入表面活性剂导向界面聚合,在玻璃基体表面制备出了聚苯胺纳米材料。通过几种分子(聚合物链、表面活性剂与醇分子)之间的氢键作用与静电作用,在玻璃表面合成了不同形貌的聚苯胺,如带状结构、花状结构,片状结构,以及纳米带基的花状超结构。讨论了作为有机溶剂的醇链长与链结构、表面活性剂类型对产物形貌的影响,初步探讨了其生长机理。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.1

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【引证文献】
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