【摘 要】
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作为导电高分子材料,聚苯胺由于具有掺杂/脱掺杂质子可调控性、环境稳定性以及合成简便、原料易得等特点,在能源、环保、电磁屏蔽、分子和纳米电子器件以及化学/生物传感器等领
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作为导电高分子材料,聚苯胺由于具有掺杂/脱掺杂质子可调控性、环境稳定性以及合成简便、原料易得等特点,在能源、环保、电磁屏蔽、分子和纳米电子器件以及化学/生物传感器等领域具有良好的潜在应用价值。聚苯胺微/纳米结构兼具低维材料和有机导体两者优点,目前已成为新型吸波材料关注热点。
本论文通过调节反应条件(苯胺浓度、掺杂酸浓度、掺杂酸种类、引发剂浓度以及搅拌速度等),可制备得到多种聚苯胺微/纳米结构,如:纳米管,纳米纤维,纳米网状结构,微米片状结构,微米星形结构和微球等。
以苯胺(ANI)为原料、过硫酸铵(APS)为氧化剂,樟脑磺酸(CSA)为掺杂剂,通过“无模板”原位聚合法合成了聚苯胺微/纳米管,管外径为80~600 nm,内径为30~125nm,导电率为10-4~100S/cm。由FTIR、UV-vis、XRD和CD等结构表征可知,合成产物为CSA掺杂聚苯胺,且产物为无定形并具有手性特征。通过反应条件对产物形貌的影响分析可知,原位合成聚苯胺微/纳米管的最佳合成条件为:[ANI]=0.05~0.1 mol/L,nCSA/nANI=1/8~1,nAPS/nANI=1.2,反应温度控制为0~5℃,反应时间为15 h。
以樟脑磺酸为掺杂剂、三氯化铁和过硫酸铵为二元混合氧化剂,在水溶液体系中通过苯胺原位聚合制备得到直径为80~100 nm的聚苯胺网状纳米结构,其导电率为10-2~10-1S/cm。由FTIR和XRD结构表征可知,合成产物为掺杂态聚苯胺,且为无定形。进一步研究结果表明,三氯化铁可抑制聚苯胺纤维形成,并同时起到掺杂剂和氧化剂的双重作用;通过控制FeCl3用量和nAPS/nFe3+比例,可调节产物形貌结构和导电率。
通过对原位聚合聚苯胺微/纳米管工艺进行放大试验,结果表明放大实验可行。经电磁学研究表明,聚苯胺微/纳米管和网状纳米结构同时具有介电损耗和磁损耗。随着nCSA/nANI比例增加,聚苯胺微/纳米结构吸波效果明显变好,且吸收峰逐渐向低频移动,最大衰减反射率达到-19.1 dB;采用FeCl3制备聚苯胺网状纳米结构,拓宽了其吸波的吸收频带,并使其反射率衰减得到提高。
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