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掺杂态聚苯胺的高电导率合成和性能研究

许金泉  
【摘要】:聚苯胺作为一种有前途的导电材料,具有广阔的应用前景。但以现在的方法制备聚苯胺有两个缺点,第一,电导率低;第二,高电导率的聚苯胺材料,由于合成时各种因素的影响,很难稳定、连续得到高电导率的聚苯胺材料或不同的实验室之间无法复制。同时,一般情况下制备的聚苯胺由于电导率低,影响了聚苯胺的推广和使用。本文正是基于以上的原因,希望能找出关键因素和原因,为制备高电导率的聚苯胺提供新的想法。 本文以聚苯胺为研究对象,研究了不同的硫酸掺杂方式对聚苯胺的结构和性能的影响。通过理论分析,研究环境因素对聚苯胺性能的影响,为提高聚苯胺的电导率进行了有益的探索,为以后的工作打下基础。聚苯胺的合成应该分为两个部份,第一,苯胺氧化聚合。第二,聚苯胺聚合成链。但由于制备方法本身的限制,上述两个过程混合在一起,相互影响,造成聚苯胺电导率很低。原因可能是苯胺氧化聚合时,聚苯胺以氧化态或还原态为主。也可能是苯胺氧化聚合时,聚苯胺以中间态为主,但聚苯胺聚合时头头或尾尾相连。 苯胺的氧化聚合与电动势有关,电动势的大小和变化直接影响聚苯胺生成的形态(氧化态、中间态、还原态),进而影响聚苯胺的电导率。聚苯胺聚合成链是一个物理过程,由于聚苯胺本身结构的原因,电荷在聚苯胺上分布不均匀,造成聚苯胺聚合成链时,环境轻微的变化,使得聚苯胺头头或尾尾相连。 通过研究,得出以下结论。(1)通过正交实验确定了最佳配比,对比聚苯胺电导率与环境因素之间关系,确定了影响聚苯胺电导率的关键因素。(2)建立了苯胺聚合的电动势方程,使环境因素对聚苯胺电导率的影响规律更为直观,由此得出,聚苯胺的催化性与酸的电离有关。(3)区分了苯胺氧化聚合和聚苯胺聚合成链之间的差异,结果表明,苯胺氧化聚合是化学过程,聚苯胺聚合成链是物理过程,在此基础之上,提出了稳定剂的概念。(4)通过理论研究,以抗坏血酸为稳定剂,对比了硫酸掺杂和硫酸加抗坏血酸掺杂两种材料的差别。(5)对比了有机酸和无机酸掺杂对聚苯胺材料性能的差别。(6)理论分析表明,有机酸和无机酸掺杂对聚苯胺的电导率贡献一样。(7)以聚苯胺为原料,压制成电极材料,进行了一系列的电学实验和电化学实验。结果表明,聚苯胺电极材料具有更好的电催化活性,有望成为新型的电极材料。 聚苯胺作为导电聚合物越来越受到关注,由于聚苯胺具有原料易得、合成方法简单、对氧和水的稳定性好、防污防腐性优良、导电性能独特等优点,因此有着广泛的应用前景及用途。


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