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导电高分子材料腐蚀电化学基础研究

朱华  
【摘要】:导电高分子材料作为新型的功能材料广泛地应用于高新技术领域。近几年,导电高分子材料(包括结构型与复合型)的研究与应用都取得了很大的进步。然而,在使用过程中,也出现了不少有关材料的腐蚀与失效的问题,如:银系导电复合材料的迁移短路,铜系导电复合材料的导电衰减,以及导电高分子聚苯胺(PANI)、聚吡咯等对金属的缓蚀作用和自身电阻变化等等;虽然也有许多研究者对不同的体系或某种材料在特定环境中的腐蚀与防护进行了研究,并得到许多有价值的结论,然而关于导电高分子材料腐蚀与防护方面的系统研究还很缺乏,尤其是针对结构型导电高分子材料的腐蚀电化学特点的研究十分有限。因此,本论文从腐蚀电化学的角度,比较详细地研究结构型导电高分子材料—PANI的电化学行为以及与不同金属的电化学偶合行为,深入探讨了PANI与金属相互作用的机理;并用粉末微电极技术对具有实用前景的复合型导电高分子材料—镀银铜粉导电复合材料的抗氧化和抗迁移机理进行了研究.主要的工作和结论如下: (1) 采用电化学方法合成了具有重现性、导电性良好的可溶性PANI,并采用红外吸收光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、X—射线光电子能谱(XPS)等手段对所合成的粉末进行表征,证实所聚合的粉末是具有中间氧化态结构的聚苯胺盐;设计并制备了具有电化学活性和重现性的单独的聚苯胺膜电极。 (2) 测量了单独PANI膜电极的开路电位,详细研究了溶液pH、对阴离子、温度和溶液中氧浓度对聚苯胺膜电极开路电位的影响。实验结果表明:PANI膜电极的开路电位与溶液的pH密切相关,溶液pH愈低,PANI膜的掺杂程度愈高,从而表现出较高的氧化态,具有较正的开路电位;在近中性的溶液中,PANI膜因脱杂表现出相对较高的还原态,具有较负的开路电位。但开路电位与溶液温度、溶解氧浓度关系不大,对阴离子对开路电位的影响也较小。 (3) PANI膜的动电位极化和XPS能谱测试结果表明PANI的阴极极化过程分两个阶段。首先是双极化子的PANI得到电子,失去对阴离子而成为单极化子状态,此时中间氧化态的结构没有发生变化,在有氧和无氧的溶液中进行极化,极化电流基本一致;当PANI成为单极化子状态后,若继续极化,则中间氧化态的PANI将被还原为还原态的PANI盐,此时还原态的PANI盐的再氧化,需要溶液中的氧或外加的电化学氧化,


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