芳香族二胺聚合物及其复合材料的制备、表征与应用研究

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导电聚合物具有的独特导电性质越来越引起了人们的关注。聚苯胺作为其中一种研究最为广泛、最具代表性的一种聚合物,在电学和电子工业领域都得到了广泛的应用。作为苯胺的一种衍生物,芳香族二胺的聚合物(如聚苯二胺等),随着人们对其研究程度的加深,已经被发掘出越来越多的新颖性质和多功能性,它们在电催化、电致发光、传感器、电极材料、重金属离子杂化及检测中表现出与聚苯胺、聚吡咯等传统导电高分子截然不同的性质。本论文以聚苯二胺类聚合物为主要研究对象,旨在探索温和条件下采用化学氧化法来聚合苯二胺的有效途径,并通过调控合成条件来控制产物的形貌。同时,通过聚苯二胺与碳纳米纤维的复合,获得了新颖的碳纳米纤维/聚苯二胺复合材料。本论文的研究内容包括以下三个方面: 一、在常温常压条件下,采用化学氧化聚合法使对苯二胺单体聚合,得到了聚对苯二胺聚合物微米颗粒。以HAuCl<,4>作为氧化剂,在不添加任何表面活性剂的条件下,实现了产物的可控形貌合成。通过调节反应物的浓度和比例,这些聚合物颗粒的形貌可以从对称的纺锤形变化为钻石形、中心对称的叶片形以及平行四边形状等。聚合物的某些基团可以与重金属离子相互作用并且将其结合,这表明其在污水中的重金属离子处理方面有着潜在的应用。通过等离子体原子发射光谱(ICP-AES)检测了聚合物颗粒对Pb<2+>的吸附效果,并对其吸附机制进行了探讨。 二、在常温常压条件下,以碳纳米纤维(CNFs)为模板,以HAuCl<,4>作为氧化剂,使邻苯二胺单体(oPD)在碳纤维表面原位聚合,得到了均匀的CNFs@PoPD复合纳米电缆。通过碳纳米纤维与聚邻苯二胺的有效复合,提高了单一组分的性质和功能性。由于聚苯二胺的可加工性能较差,而碳纳米纤维却具有很好的机械强度,通过两者的复合,提高了聚合物的材料的可加工性能。碳纳米纤维与聚邻苯二胺的复合可以获得可变的电导率和可控的介电常数,这对制备性能优良的电极材料和超电容器具有重要的意义。 三、在0-5℃冰浴条件下,以过硫酸铵为氧化剂,在碳纳米纤维模板的存在下,使苯胺(ANI)单体在碳纤维表面原位聚合,合成出三维网络状CNFs/PANI(聚苯胺)复合材料。聚苯胺材料具有很高的环境稳定性,可以很好地满足制备光电子器件的各种要求。另一方面,碳纳米纤维具有很好的结构、机械、电子及热学性质,是制备新颖的聚合物纳米复合材料的良好结构单元。通过两者的复合可以得到更高的电导率、热稳定性和可加工性质。
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