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近年来,将无机磁性纳米粒子与导电聚合物复合制备具有导电导磁性功能高聚物复合材料领域受到了人们的关注,它们不但有望具有无机磁性纳米粒子的磁性能和导电聚合物的电性能,而且还集纳米材料和聚合物的优点于一身,在电子化学器件、电池、传感器、电磁屏蔽及微波吸收材料等领域有着广泛的应用前景。另一方面,离子液体被认为是目前一种极好的绿色溶剂和催化剂,作为催化剂使用时,表现出很高的催化活性以及选择性,而且反应条件温和、可循环使用。为此,本文开展了离子液体作为催化剂制备导电导磁性功能高聚物复合材料的研究。
本文首先在综述了磁性纳米复合材料的发展情况及其分类和制备方法的基础上,采用共沉淀法制备了Fe3O4纳米颗粒,分析了Fe3O4晶体生长规律及其受反应条件等的影响,结果表明制备的Fe3O4纳米颗粒粒径分布均匀,平均粒径为9.2nm,经油酸包覆改性后的颗粒未发生团聚,分散性好,并具有较高的饱和磁化强度(47.18emu/g);其次以自制的Fe3O4纳米颗粒为原料,分别比较研究了在离子液体催化下及无离子液体催化剂的水溶液中的聚吡咯-Fe3O4纳米复合材料的聚合反应,通过吡咯的聚合反应制备了聚吡咯包埋的Fe3O4纳米复合材料,并进行了结构和磁性性能测定,同时分析了聚吡咯-Fe3O4纳米微粒的形成机理。研究表明聚吡咯和Fe3O4纳米离子之间存在着一定的相互作用,有利于吡咯单体在Fe3O4纳米粒子的表面发生聚合反应,从而包覆Fe3O4纳米粒子形成具有磁性的聚吡咯-Fe3O4纳米复合材料。最后,经对制备的聚吡咯-Fe3O4纳米复合材料进行红外吸收光谱分析、X射线衍射分析、透射电子显微镜形貌和粒径观察、振动样品磁强计等测试的研究表明:离子液体催化方法合成的聚吡咯-Fe3O4纳米复合材料,无论是在结构上还是在性能上,明显优于无离子液体催化剂的水溶液中合成的复合材料,且离子液体催化方法制备的复合材料更加稳定,粒子更为分散,团聚性更低,聚吡咯的包覆层更薄更均匀,饱和磁化强度也更高。