磁场对乳液法制备导电聚苯胺纳米纤维的形貌及性能影响

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由于聚苯胺(PANI)具有原料便宜、合成简单、稳定性好以及抗氧化性良好等特点,使其成为近年来研究的热点。此外,作为最具商业价值的导电高分子材料之一,PANI在二次电池、海洋防腐、电磁屏蔽以及传感器等领域方面都具有广泛的潜在应用价值。合成PANI纳米纤维的方法有很多,如静电纺丝法、硬/软模板法、界面聚合法和化学氧化聚合法。化学氧化聚合是合成PANI的传统方法,人们已经从传统的化学氧化聚合中检测到PANI颗粒的进化过程。但研究发现,PANI纳米纤维在传统的聚合过程中确实存在,但是PANI表面形成的核在反应过程中很快形成附聚物,因此,得到纯PANI纳米纤维的关键是阻止纳米纤维的进一步生长。直到现在,人们对于PANI纳米纤维在化合氧化聚合法中是如何形成的尚未清楚。由于PANI的特殊性质,在磁场的作用下,PANI会优先选择某一特定方向生长,即具有取向性,使PANI的分子链和结构都更加的有序和规整。另外,磁场通过对PANI微观结构的影响,会使PANI的宏观性能也受到了影响,如电化学性能等。但目前为止,关于磁场环境的作用下乳液聚合PANI纳米纤维的生长与性能的影响研究尚鲜有报道。鉴于乳液法是制备导电PANI纳米材料的有效方法之一,本文旨在探讨磁场作用下PANI纳米纤维的形成以及磁场对PANI形貌的影响。本文采用APS和NaClO作为复合氧化剂,以SDBS为乳化剂,An为油相,HCl水溶液为水相,制备PANI纳米纤维,并探讨了不同反应时间、HCl浓度、AnSDBS的摩尔比、An与APS的摩尔比以及NaClO的质量分数对PANI的电化学性能和产率的影响,比较了单一氧化剂和复合氧化剂条件下合成的PANI的微观形貌、电化学性能、产率、红外光谱以及紫外光谱。此外,还考察了恒定磁场(0.4T)对PANI纳米纤维在微观形貌、电化学性能、红外光谱和XRD的影响。综合本文工作,得出以下结论:(1)通过比较各单因素条件下的电化学性能与产率的分析表明:当聚合反应时间为5h,HCl浓度为1.5mol/L,nAn:nAPS=8:7,nAn:nSDBS=10:4, NaClO用量为5%时,所得PANI纳米纤维的各项性能均达到最好。(2)与单一氧化剂APS所制备的PANI比较发现,复合氧化剂(APS与NaClO)条件下制备的PANI具有更高的循环伏安峰电流和电导率,且紫外可见光谱和红外光谱的表征证明,采用复合氧化剂并未对PANI的分子结构产生明显的影响。(3)与无外加磁场条件下制备的PANI比较发现,当外加恒定磁场(0.4T)时,所得PANI纳米纤维排列更加有序,具有较大的长/径比,微观取向性更明显;外加磁场条件下制备的PANI具有更高的电导率,且产物结晶性更好。
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