氧化剂对PAn/PTFE复合膜结构及电化学性能影响的研究

论文摘要

导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能,在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件、以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术上有着广泛、诱人的应用前景。 在众多的导电高分子材料中,聚苯胺具有稳定性好、电导率高、结构多样化、掺杂机制特殊等特点,且制备成本低廉,是最具应用前景的导电高聚物之一。对聚苯胺进行复合改性不仅能克服其加工性能差的缺陷,还能通过此途径获得具有多种功能性的复合材料,从而拓展了其应用领域。 本文在认识聚苯胺分子结构对成膜结构性能影响的同时,综合考虑了膜相的微观结构形态和物理化学性质对宏观膜性能的影响,以膜相渗透化学原位聚合法,采用过硫酸铵（（NH4）2S2O8）、正钒酸钠（Na3VO4）和三氯化铁（FeCl3）三种不同氧化剂,分别使苯胺（An）化学原位聚合于聚四氟乙烯（PTFE）基体膜的微孔壁中,得到了具有不同微孔结构形态和电化学性能的PAn/PTFE复合导电膜。本文具体考察了聚合过程中对成膜性能影响较大的四个因素:苯胺单体与过硫酸胺摩尔比、掺杂酸（盐酸）浓度、反应温度和反应时间,通过研究上述因素对复合膜微孔结构和导电性能的影响,分别获得了三种氧化剂条件下制备较优性能的PAn/PTFE复合导电膜的适宜条件。 在此基础上为进一步弄清氧化剂对PAn/PTFE复合导电膜的膜孔结构及宏观膜性能的影响,本文采用泡点压力法—液体渗透法相结合的方法,对PTFE基体膜和三种不同PAn/PTFE复合膜的最大孔径及孔径分布进行对比测试研究,通过扫描电子显微镜观察了PAn/PTFE复合膜的表观形态,通过红外光谱测试分析了PAn/PTFE复合膜的复合机制,通过四探针法测定PAn/PTFE复合膜的表面电导率,相应的断面电导率由膜的断面电阻间接求得,在三电极体系中用电化学分析系统分别测定了复合膜电极的循环伏安特性和交流阻抗特性。研究结果表明,以膜相渗透化学原位聚合法,采用三种不同氧化剂合成制备PAn/PTFE复合导电膜均能对PTFE基膜起到一定的修饰作用,与（NH4）2S2O8和FeCl3作氧化剂时相比,使用Na3VO4得到的复合膜结构最为致密,膜孔中聚苯胺的含量最高,且在保持较高表面电导率(2.62s·cm-1)的同时,断面电导率提高了1～2个数量级,电化学活性增强。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 前言
• 1.1 导电高分子材料的研究意义
• 1.2 聚苯胺复合膜的研究现状
• 1.2.1 聚苯胺的结构
• 1.2.2 聚苯胺的特性
• 1.2.3 聚苯胺的聚合机理
• 1.2.4 聚苯胺的合成
• 1.2.5 聚苯胺的掺杂
• 1.2.6 聚苯胺复合材料的制备
• 1.2.7 聚苯胺的应用
• 1.3 本论文的研究目的和内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.2 导电复合膜的制备
• 2.2.1 基体聚合物的选择
• 2.2.2 氧化剂种类的选择
• 2.2.3 复合膜制备方法和反应装置
• 2.2.4 复合膜制备条件的探讨
• 2.3 复合膜膜结构参数的测定
• 2.3.1 复合膜膜厚度的测定
• 2.3.2 复合膜孔隙率的测定
• 2.3.3 复合膜膜孔参数的测定
• 2.3.4 扫描电子显微镜分析
• 2.3.5 红外光谱分析
• 2.4 复合膜电化学性能的表征
• 2.4.1 复合膜电导率的测定
• 2.4.2 复合膜电极电化学特性测定
• 3 实验结果及讨论
• 4）₂S₂O₈为氧化剂制备PAn/PTFE导电复合膜'>3.1 以（NH₄）₂S₂O₈为氧化剂制备PAn/PTFE导电复合膜
• 3VO₄为氧化剂制备PAn/PTFE导电复合膜'>3.2 以Na₃VO₄为氧化剂制备PAn/PTFE导电复合膜
• 3.2.1 正交试验设计及结果分析
• 3.2.2 制备条件对PAn/PTFE导电复合膜性能的影响
• 3VO₄为氧化剂制备PAn/PTFE导电复合膜工艺条件的确立'>3.2.3 以Na₃VO₄为氧化剂制备PAn/PTFE导电复合膜工艺条件的确立
• 3为氧化剂制备PAn/PTFE导电复合膜'>3.3 以FeCl₃为氧化剂制备PAn/PTFE导电复合膜
• 3.3.1 正交试验设计及结果分析
• 3.4 氧化剂对复合膜结构的影响
• 3.4.1 复合膜形貌观察
• 3.4.2 复合膜的红外光谱分析
• 3.4.3 氧化剂对复合膜结构参数的影响
• 3.5 氧化剂种类对复合膜电化学性能的影响
• 3.5.1 氧化剂对复合膜电导率的影响
• 3.5.2 氧化剂对复合膜循环伏安特性的影响
• 3.5.3 氧化剂对复合膜交流阻抗特性的影响
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书