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2,3维纳/微米结构聚苯胺的设计与合成

钟文斌  
【摘要】:聚苯胺(PANI)在透明电极、化学、生物传感器、电子导电、光学材料、电磁屏蔽器件和轻质电池电极等领域具有广泛的应用前景,近年来吸引了广大科学研究者的注意力,而纳米结构的PANI在导电通道、相互连结和纳米尺寸等方面具有突出的特点,从而能使PANI的各项性能得到提高;另外,聚合物膜具有比重小,柔软,抗震和原料价格低等特点,以之为基材的功能材料的开发一直以来也是科学工作者致力研究的一个重要方向。因此将二者结合,即在聚合物膜表面固定纳/微米级聚苯胺,以期赋予PANI或者聚合膜以新的性能和应用,如表面导电的绝缘聚合物膜,抗静电和全塑性晶体管等,将为此两方面研究的发展开拓新的空间。本论文研究了一系列二维、三维的PANI纳/微米结构的合成方法,价廉而简单的在聚合物表面和溶液中地获得了大量PANI纳/微米结构。主要的结果如下: 1.用表面氧化聚合法在聚丙烯(PP)-g-聚丙烯酸(PAA)膜表面接枝二维PANI。在溶液pH值为1和聚合时间为5h等优化条件下,在PP-g-PAA/PANI膜表面PANI的平均厚度可达600nm,膜表面PANI电导率的最大值约10~(-2)S/cm。在该PP-g-PAA/PANI膜的表面,可观察到是直径100-500 nm的PANI颗粒。 2.在PP-g-PAA/对苯二胺(PDA)膜表面用氧化聚合法接枝2-D PANI。经PDA与苯胺的聚合反应,PP-g-PAA膜通过PDA以共价键与PANI链连接,牢固地将PANI固定在膜表面从而形成PP-g-PAA/PANI复合膜。当PANI接枝量为1.5 wt%时,PANI层的平均厚度为0.4μm,膜上PANI粒子的直径大约150nm。PANI的电导率为0.21S/cm。该PP-g-PAA/PANI膜的水接触角为80°左右。 该PP-g-PAA/PANI复合膜上的PANI链可在过硫酸铵的作用下重新活化,其他苯胺单体能再次与活化的PANI链聚合,使PANI的接枝率可进一步提高。 3.首次在PP-g-PAA表面构筑PANI微/纳米球、线、带和空球。把PP-g-PAA膜浸入不同丙烯酸(AA)/苯胺(摩尔比)的水溶液中,氧化聚合苯胺,形成尺寸可调的PANI微/纳米球、线、带和空球并被固定在膜的表面。在AA为0.11M的条件下,当AA/苯胺的值为1:0.3时,PANI微球的直径为70-200nm;AA/苯胺的


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