基于染料的模板诱导形成的导电聚吡咯纳料结构及其形貌调控

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自从上世纪70年代发现聚乙炔的金属导电性以来,导电高分子材料引起了人们的广泛关注,并已喊为科学研究的一大热点。由于导电高分子具有密度小、质量轻、导电性能可以根据使用需要在导体、半导体和绝缘体之间进行调节等一系列优点,目前已经在金属防腐、高能电池、微波吸收等领域得到初步的应用。导电高分子一维材料的制备及性质研究是导电高分子纳米材料的重要组成部分之一,也是纳米技术的前沿课题之一。一方面,利用包括多孔碳酸酯薄膜,纤维状五氧化二钒,多孔氧化铝在内的“硬模板”法和以微乳液和胶束为代表的“软模板“法制备纳米管(线)的方法近年来层出不穷;另一方面,这两种方法都有各自的不足之处,如成本昂贵、后处理复杂(硬模板),稳定性差、效率低(软模板)等。近年来发展了一类基于偶氮染料或其絮凝体的新型模板,能够兼具两者优点而尽量规避其不足,由此类模板构筑导电聚合物纳米结构具有价格便宜、处理简单、效率高、可变性强等特点。本文分别选取了两种不同类型的染料:酞菁类染料四-(4-羧基苯基)卟啉(TPPS4)、靛族染料甲基蓝,研究其在作为模板诱导纳米级导电高分子生长方面的特殊功能。   在本论文中,主要做了以下的工作:   (1)研究了TPPS4在酸性水溶液中的聚集行为,并以该染料的J-聚集体为模板,使用不同的氧化剂,制备出形貌可控的聚吡咯纳米棒和聚吡咯纳米纤维。在实验中可以发现,这种模板在酸性水溶液中会形成直径均一的一维棒状结构,其在诱导聚吡咯时具有惊人的高效性,在反应中,TPPS4分子与吡咯单体的摩尔比可以低至1:1000。这种极高的效率可以用这种模板的空心圆柱体结构模型解释。同时,利用这种模板,使用聚乙烯基吡咯烷酮为分散剂,硝酸银作为氧化剂可以得到与模板形貌迥异的纤维状的聚吡咯,这种现象可以用一种“双生长”机理来解释。   (2)研究了肝素钠.亚甲基蓝离子缔合体在酸性水溶液中的缔合行为和吡咯单体对缔合体形貌的调节作用,在此基础上以不同的缔合体组分浓度配比制备出聚吡咯纳米棒、纳米管。在实验中发现,缔合体组分浓度配比在一定范围内虽然对聚合体本身的形貌不构成影响,但对目标聚合物的形貌有着调控的作用;另外,在静止的实验条件下,三氯化铁参与上述缔合体系可制备得到聚吡咯纳米网络,这种网络形成的原因被归结为静止的实验条件和三价铁离子对肝素钠的络合作用。这种网络状结构大大提高了聚吡咯的电导率,比颗粒状的聚吡咯的电导率(1.5S/cm)提高了一个数量级以上(34.5S/cm)。  
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