导电聚合物及其复合材料的制备和表征

来源 :中国科学院长春应用化学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cs_200901
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π-共轭型导电聚合物如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等受到了人们的广泛关注,已经成为传感器、电池、电子元器件、发光器件以及超级电容器件等领域的应用材料。与大块的常规材料相比,导电聚合物纳米材料在许多方面具有非凡的特性,这些纳米结构的导电聚合物材料被认为是最有希望成为制作纳米传感器器件的基本材料之一。本文利用化学及电化学方法在不同体系中制备出多种导电聚合物材料及其纳米材料,对产物性能进行表征,并讨论了产物形貌的形成机理。   1.采用一种与文献报道相似的界面聚合方法制备聚苯胺纳米棒状材料(直径:40nm~1μm)。实验中,笔者采用了相对较低浓度的DBSA(十二烷基苯磺酸)作为聚合反应的酸性介质和掺杂剂。结果表明,不但DBSA水溶液的浓度能够对产物的形貌产生影响,[APS]/[An](过硫酸铵与苯胺单体浓度物质的量之比)以及反应温度都将对聚合物形貌有很大的影响,这与以往文献报道中所得到的结论是不同的。文中还对聚合反应的机理给予了推测。   2.采用中性的水/乙醇混合溶液作为聚合反应介质替代传统的无机酸溶液。反应体系中,邻氨基苯甲酸的水/乙醇溶液为共聚反应提供足够的酸性,它不但作为反应的单体和掺杂剂,也是体系酸性的提供者。在一定条件下聚合反应发生后,生成纳米棒束状结构的聚合物。每个束状单元长度大约为15μm,几根纳米棒在中心交叉交汇形成了这种类似束状的微结构,其每根纳米棒的直径在500~800nm。文中还对单体比例对共聚物形貌的影响进行了讨论分析。另外还考察了此种束状结构材料的分子结构性质、结晶性、氧化还原性以及在几种常用有机溶剂中的溶解性。   3.通过一种简单的一步循环伏安法在水相体系中实现了电化学聚合制备微环/微箭/微泡状的PEDOT/PSS聚合物膜,并提出了“气泡模板机理”。这是有关电化学聚合制备PEDOT微观结构材料的首次报道。实验过程中我们考察并讨论了循环伏安过程中电位窗范围、掺杂剂PSS使用与否对产物形貌的影响,此外还考察了此微环/微箭/微泡状的PEDOT/PSS聚合物膜的结构以及电化学性质。类似的方法可以应用于制备其他种类的导电聚合物纳米/微米结构材料,并在导电聚合物材料微传感器和微器件制备及应用领域中展现出巨大的应用前景和应用价值。   4.介绍了一种在吡咯单体水溶液中不加入任何支持电解质时电化学聚合制备聚吡咯薄膜的方法。在溶液中没有任何外加支持电解质的情况下,采用聚电解质功能化的离子液体(PFIL)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)混合物作为电极修饰材料,对三合—电极进行修饰,并成功实现了聚吡咯的电化学聚合反应。PFIL和PSS的共同作用时使聚合反应达到最佳的效果。循环伏安测试表明,聚合得到的聚吡咯膜具有非常好的电化学活性。类似的方法可以被应用于制备其他种类的导电聚合物材料。   5.成功制备了Cu(tu)Cl·0.5H2O和Cu(tu)Br·0.5H2O配合物超长纳米线材料,所制得的纳米线直径为100~200nm,长度可达到几个毫米。这种纳米线材料可以在数秒钟之内生成,并且原料易得、产量很高、合成方法简便、形成速度极快、分离提纯简易等诸多优点,这种有效的制备超长轴径比纳米线的方法将会在纳米材料合成、纳米器件组装、纳米传感器制备等方面显示出巨大的优越性。此种材料可期待成为制备导电聚合物纳米材料的前期模板。
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