聚苯胺微/纳米结构及其功能化研究
新型微米/纳米结构材料的研究是当前科学研究的热点之一。导电高聚物因其主链的高度共轭结构和具有类金属的电导率，可以作为分子导线在分子器件和纳米电子器件等领域具有潜在的应用前景。合成导电高聚物微米/纳米结构通常采用“模板”法和“无模板”法。“模板”法具有尺寸可控性好，应用范围广，而且容易实现微米/纳米材料的有序化等优点。但是，由于模板的使用，使得制备过程变得繁琐和复杂，并且模板的除去也会对产物的形貌造成破坏。因此寻找新型的模板成为该方法的核心问题。“无模板”自组装法简单、廉价，操作方便，尤其适用于大规模制备导电聚合物纳米结构。但是作为一种全新的合成导电聚合物微米/纳米结构的方法，这种“无模板”法尚存在很多需要进一步研究的问题。另一方面，通过添加功能化的基团或与无机纳米粒子复合使导电高聚物纳米材料的多功能化也是导电高分子研究领域的热点。本论文围绕采用不同的合成方法制备聚苯胺微/纳米结构，以及聚苯胺微纳米结构的电磁功能化等问题展开研究。主要取得了以下研究结果：
1．在“无模板”法的基础之上，分别以三氯化铁和过硫酸铵为氧化剂，制备出了聚苯胺纳米纤维，纤维的直径均在20nm左右。比传统的过硫酸铵为氧化剂制备出的聚苯胺微／纳米纤维的直径降低了一个数量级，实现了真正意义上的纳米化。通过对产物的结构进行表征和分析后发现，以三氯化铁为氧化剂时，因为其氧化还原电位远小于过硫酸铵，苯胺的氧化聚合速度远小于以过硫酸铵为氧化剂时的速度，因此所得产物纤维的直径大大减小。另外，以过硫酸铵为氧化剂，向反应体系中加入无机盐后所得聚苯胺纳米纤维的直径也在20nm左右。
2．以氧化亚铜为模板，磷酸为掺杂酸，过硫酸铵为氧化剂分别制备出了具有空心八面体和球形结构的聚苯胺。有趣的是，以八面体氧化亚铜为模板时，当过硫酸铵与苯胺单体的物质量比从1∶1增大到1.6∶1时，产物聚苯胺由不导电的空心八面体结构(电导率小于10<'-8>S/cm)变成了导电的空心球形结构(电导率为10<'-2>S/cm)。与一般的“模板”相比，以氧化亚铜为模板不仅可以制备出具有特殊形貌的聚苯胺，而且在苯胺的聚合过程中氧化亚铜可以被过硫酸铵氧化生成Cu<'2+>而溶解在水溶液中，无需除去模板。
3．通过“化学一步法”制备出了具有电磁功能的聚苯胺(PANI)与γ-Fe<,2>O<,3>的复合物(PANI/γ-Fe<,2>O<,3>)，产物具有纳米纤维的结构，纤维的直径在20nm左右。FeCl<,3>作为氧化剂，即氧化了苯胺单体，也氧化了Fe<'2+>生成磁流体γ-Fe<,2>O<,3>复合物PANI/γ-Fe<,2>O<,3>的电导率达到10<'-1>～10<'0>S/cm，并且具有超顺磁性(M<,s>=0.46～6.03emu/g，H<,c>=0)。通过改变FeCl<,3>/An的比例和FeCl<,2>的质量可以得到具有不同电学性能和磁学性能的PANI/γ-Fe<,2>O<,3>复合物。
聚苯胺;纳米纤维;氧化亚铜;电磁功能
中国海洋大学
硕士
海洋化学
张志明;万梅香
2007
中文
O633.21;TB383
68
2007-08-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）