导电高分子材料的制备与性能研究

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高分子材料由于其质量轻、易加工、耐热、耐腐蚀及良好的机械性能,作为结构材料在众多领域得到广泛的应用。导电高分子材料根据其导电物质的不同,可分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料。随着90年代后大量的实验与研究,导电高分子材料已经逐步进入了实际应用阶段。本论文从四个方面制备了不同类型导电高分子材料,研究了合成方法、制备工艺等对导电高分子材料结构与性能的影响,并用SEM、TEM、IR、DTG、电导率测试仪等仪器对其进行表征,结论如下:1.以苯胺酚醛树脂为前驱体,掺杂ZnCl2改性剂,制得了改性酚醛树脂导电高分子材料。分别研究了ZnCl2加入量、原料配比、合成温度、固化温度对产物结构与导电性能的影响。研究结果表明:(1)、通过SEM观察,所制备的产物为含有ZnCl2微球的酚醛树脂;(2)、在IR曲线中观察到酚醛树脂骨架中含有氮元素;(3)、在氯化锌与酚醛树脂质量比3:1,升温速率1℃/min、固化温度180℃时,固化产物的电导率可达7.8×10-5S/cm。2.以苯胺酚醛树脂为前驱体,氮气保护下在不同温度下加热使苯胺酚醛树脂裂解,制备了酚醛树脂热解碳材料。研究结果表明:所制备的苯胺酚醛树脂热解碳材料为三维网状碳骨架结构,以0.5℃/min的升温速率升温至800℃并维持2h,其比表面积达到70m2/g、电导率为8.63S/cm。3.本实验利用化学氧化法制备了质子酸掺杂的聚苯胺粉末,并研究了在不同工艺条件下的产物电导率与产率变化关系。研究结果表明:(1)、不同的工艺条件对产物的电导率有较大影响,对产率影响相对较低;(2)、以APS为氧化剂、反应温度为30℃、APS与苯胺单体摩尔比为1.0、25min滴加完APS溶液,掺杂反应时间为15h时,所制得的聚苯胺电导率最高,达5.39S/cm。4.将所制备聚苯胺还原为本征态,在丙酮中分别与氯化镧、氯化铈混合浸泡,制得稀土掺杂聚苯胺。通过海量数据筛选出最佳工艺条件,研究结果表明:(1)、通过SEM可以观察到:稀土元素掺杂的聚苯胺由三维棒状网络结构组成,相比本征态聚苯胺具有更高的孔隙率;(2)、在IR曲线中发现:掺杂过程中稀土元素只影响醌式结构中的亚胺基,其接受一个质子后变为=NH+结构,因此掺杂过程可以看做是赝质子化过程;(3)、在掺杂时间为24h时,两种不同掺杂聚苯胺产物电导率均达到最大,分别为4.29×10-3S/cm与1.31×10-2S/cm。
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