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导电聚合物是从二十世纪七十年代末期发展起来的一种新型材料,这类聚合物具有非定域的π电子共轭体系,经掺杂后可具备一定的电导率。由于导电聚合物具有密度小、质量轻、导电性能可根据需要在导体、半导体和绝缘体之间进行调节的特点,并且在可逆的氧化—还原过程中伴随着电致变色、体积变化、光致发光等现象,这类材料在金属防腐、高能电池、发光二极管、新型显示屏、化学及生物传感器、微波吸收等领域有广阔的应用前景。经过近三十年的发展,目前,导电聚合物正走向实际应用阶段。近年来,导电聚合物的微米/纳米结构(纳米管/线、空心球或核壳结构以及其他特殊结构)的构筑已经成为纳米科学与技术的前沿课题,因为材料的微米/纳米结构化有利于材料的集成和组装,能赋予材料相应的尺寸效应和空间效应,优化其性质并丰富其功能。由于导电聚合物具有高度的共轭性和类金属导电性,它是理想的分子导线和分子器件的重要基元材料,此外,导电聚合物纳米结构具有一些独特的性能,例如,导电聚合物纳米结构具有很高的比表面积,因而在作为传感材料时普通聚合物具有更高的灵敏度和更快的响应速度。导电聚合物纳米结构在蛋白质及细胞分离、吸附和催化,药物控制释放,有机太阳能电池,金属反腐和静电屏蔽等领域中都有潜在的应用前景。本研究主要内容包括:
⑴通过使用SEBS,一种简单易得的的商业用三嵌段共聚物,在选择性溶剂中的相分离微区为构筑之基础,创新性的使用双溶剂法,甲苯和乙醇,将自己合成的氧化剂,对甲基苯磺酸铁均匀分散于SEBS嵌段聚合物的微相分离区中,经挥发溶剂后一步得到分散于聚合物中的氧化剂纳米粒子,由于该氧化剂的苯基团,使得它与基底SEBS的相容性较好。以此氧化剂粒子为模板,蒸汽聚合法制备出中空的纳米空心聚吡咯填充的导电薄膜。电镜照片显示了聚吡咯的微结构;同时还研究了薄膜的力学和电化学性能,结果显示所制备的材料将基底的力学性能和聚吡咯的功能性结合到一起,并且具有一定的电化学和热稳定性;双溶剂法具有一定的普适性。
⑵使用三价铁离子交联的海藻酸钠的水凝胶体系,通过调节溶液的性质,如pH值和温度的变化,离子强度的变化,海藻酸浓度的变化等,控制三维网络里面海藻酸链的排列,从而控制导电高分子的有序生长,得到多级结构的纳米导电高分子材料。海藻酸钠的链的形貌和导电高分子的微结构主要是通过透射电子显微镜(TEM)来观察,材料的组成表征主要是通过傅立叶变换红外表征,用XRD表征了材料的结晶性能,用四探针法测试了压片后的薄片的导电性能,同时通过实验的现象,尝试提出一种软模板法控制聚吡咯纳米线生长的形成机理。
⑶海藻酸钠在水溶液中的链行为受pH值、离子强度、温度等因素的影响。通过调节适当的pH值,将使得海藻酸钠主链上羧基盐发生质子化,而羧酸的产生影响了主链的亲水性,从而发生了在水溶液中的聚集行为。将自聚集的质子化海藻酸用于电化学聚合,将是一种富含羧基的功能化材料,通过碳亚二胺化学,可以将生物活性分子,葡萄糖氧化酶固定到电聚合导电聚合物电极表面。通过全反射红外(ATR),表面扫面电镜(SEM)等表征手段证明了键合反应。通过循环伏安法(CV),在苯醌为电子媒介体的情况下,通过测定氧化峰电流的变化,从而表征了酶电极对于底物葡萄糖的响应。以峰电流的增加值对β-D(+)葡萄糖的浓度作图,得到葡萄糖的响应校准曲线,在其浓度0.9mM之前是线性响应的,相关系数0.9914,灵敏度为20 uA/mM。该方法通过使用富含羧基的聚阴离子为掺杂剂,是一个全新而有效方法来制备生物传感装置。为导电聚合物真正走向实际应用做了有意义的探索。