聚合物/石墨烯/稀土导电功能材料的制备及性能研究

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导电聚合物-无机纳米复合材料具有原料易得、成本低、导电性优良和制备工艺简单等优点,在电学、力学、力学和磁学等领域引起高度重视。导电聚合物是指通过掺杂等手段,使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物。所谓本征导电聚合物是指这些聚合物单体在没有经过掺杂处理的情况下电导率很低,属于绝缘体,而经过掺杂等手段后电导率显著提高的一类导电聚合物,这一类聚合物主链上含有交替的单键和双键,形成了大的共轭π体系,而π电子的流动可以产生导电的可能性。石墨烯自2004年发现以来,因其独特电学、力学、光学、磁学、储能等受到极大关注。因此,本课题主要以优化聚合物/石墨烯复合材料为支点,合成聚吡咯/石墨烯/稀土导电材料,通过实验方法的改进和优化进一步筛选、快速、环保合成多相复合导电材料,挖掘这一类材料的应用潜力。本实验共分为三个部分:1.聚吡咯具有良好的空气稳定性,石墨烯具有高导电等优异性能,如果可以将二者相复合,制备出纳米复合材料,并掺杂稀土以提高其导电性,则可以得到兼具导电和稳定性能良好的新型复合材料。本文首次合成并报道了这一新型复合材料。本实验中,以膨胀石墨为原料,经过超声剥离制备得到纳米石墨薄片,然后以对甲苯磺酸为表面活性剂,聚乙二醇-400为分散剂,通过原位聚合法制备了聚吡咯/纳米石墨薄片/稀土导电复合材料。利用红外光谱、扫描电镜、透射电镜、热重分析及四探针仪对复合材料的组成、结构及性能进行了表征。结果显示聚吡咯成功的包覆在纳米石墨薄片的表面,聚吡咯的电导率及热稳定性得到明显改善。2.以石墨粉为原料,通过Hummer法制备石墨烯,然后以对甲苯磺酸为表面活性剂,聚乙二醇-400为分散剂,通过原位聚合法制备聚吡咯/石墨烯/稀土导电复合材料。利用SEM和TEM对材料的组成和表面形貌进行了表征,结果显示聚吡咯成功的包覆在石墨烯的表面,通过热重分析及四探针仪对复合材料热稳定性和导电性能进行了表征,结果显示聚吡咯的电导率及热稳定性得到明显改善,并通过电化学工作站三电极体系,对该复合材料的电化学性能进行了表征。3.以石墨粉为原料,通过Hummer法制备石墨烯,然后以稀盐酸溶液掺杂,过硫酸铵为引发剂,通过原位聚合法制备聚苯胺/石墨烯/稀土导电复合材料。利用SEM对材料的组成和表面形貌进行了表征,结果显示聚苯胺成功的包覆在石墨烯的表面。热重分析及四探针仪测试结果表明复合材料的电导率及热稳定性得到明显改善。
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