静电纺丝制备PVA/PEDOT:PSS/DMSO导电纳米纤维

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本论文以聚乙烯醇(PVA)为纺丝基体,聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)为共混剂,二甲基亚砜(DMSO)为掺杂剂提高PEDOT:PSS的电导性质,通过静电纺丝制备PVA/PEDOT:PSS/DMSO纳米纤维。首先,研究了DMSO掺杂PEDOT:PSS体系的导电性能和机理;其次,研究PVA以及PVA/PEDOT:PSS/DMSO的导电、电纺、流变和热学等性能;最后研究了掺杂碳纳米管(MWNT)和酸化碳纳米管(MWNT-COOH)对PVA/PEDOT:PSS/DMSO体系的影响。结果表明:DMSO作为功能型掺杂剂掺杂PEDOT:PSS后,薄膜电导率大幅提升。DMSO与PSS分子链存在相互作用,间接促使PEDOT主链结构发生苯-醌转变,PEDOT分子链形态由无规线团卷曲状转变为伸展性卷曲状,从而降低载流子迁移势垒。通过AFM、SEM、Raman、表面润湿性、透光性等性能测试证明PEDOT主链结构的苯-醌转变。PVA对PEDOT:PSS薄膜有双重作用,既能作为多元醇提高电导率,又随着本身浓度升高,起到“绝缘”作用。PVA适宜静电纺丝的浓度为6~9wt%,纺丝连续均匀,过程稳定,且纤维直径随着PVA浓度增加而增大。通过流变和表面张力测试研究溶液本身性质(粘度、浓度)对静电纺丝影响。PVA/PEDOT:PSS/DMSO共混体系可进行静电纺丝,适宜静电纺丝的PVA共混浓度为6~8wt%,且纺丝纤维直径随着PVA浓度的增加而增加,但纺丝效果相对纯PVA体系较差。PVA作为多元醇与PSS之间的存在相互作用(S…H-O分子间氢键),提高了共混体系的热分解温度。而这种作用随着PVA浓度的增加而增强。MWNT经氧化酸化变成MWNT-COOH,管间缠结减弱,分散性增强;同时羧基与PEDOT:PSS间存在相互作用,实验证明MWNT表面功能化后比MWNT掺杂PVA/PEDOT:PSS/DMSO体系有利于静电纺丝,并增强体系的热稳定性。
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