本文關(guān)鍵詞：碳納米管—共軛高分子溴摻雜復(fù)合材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)電機(jī)理研究　出處：《華東師范大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：自20世紀(jì)70年代導(dǎo)電高分子出現(xiàn)以來,其良好的電學(xué)、電化學(xué)、光學(xué)等物理化學(xué)性能使得導(dǎo)電高分子具有非常大的應(yīng)用前景。隨著近年來導(dǎo)電高分子在電池、儲(chǔ)氫材料、超級(jí)電容器、電磁屏蔽和傳感器等很多領(lǐng)域應(yīng)用研究的發(fā)展,發(fā)現(xiàn)很多導(dǎo)電高分子的低導(dǎo)電性阻礙了其他性能提升,因此進(jìn)一步提高導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電性引起了廣泛關(guān)注和研究者們的興趣。本文對(duì)當(dāng)前研究最為廣泛的聚苯胺、聚毗咯及其共聚物和聚噻吩的導(dǎo)電性能和導(dǎo)電機(jī)理開展了以下幾個(gè)方面的研究:1.預(yù)聚對(duì)苯胺-吡咯共聚物導(dǎo)電性能的影響本文通過適當(dāng)?shù)念A(yù)聚,使共聚物P(An-Py)的電導(dǎo)率達(dá)到了與均聚物同一個(gè)數(shù)量級(jí)(10-1 S/cm),甚至略高于均聚物,而不會(huì)隨著共聚物的單體組分的變化出現(xiàn)下降。兩種單體只要各自預(yù)聚15 min,共聚物P(1An-3Py)和P(1An-1Py)的電導(dǎo)率就能分別上升3個(gè)數(shù)量級(jí)和4倍以上。SEM表征發(fā)現(xiàn),預(yù)聚并不會(huì)使共聚物的形貌發(fā)生變化。從紅外光譜和XPS可以看出,預(yù)聚后共聚物中存在苯胺單體自身相連的苯胺鏈,吡咯上的N原子對(duì)鄰近的質(zhì)子化苯胺上游離H+的類氫鍵作用大大減少了,使共聚物鏈中苯胺鏈上能夠游離的質(zhì)子數(shù)量增多,N+含量升高,即載流子濃度增大,從而電導(dǎo)率急劇升高。2.不同摻溴方法對(duì)聚苯胺及其碳納米管復(fù)合材料的導(dǎo)電性能的影響本文采用了壓片溴水處理、粉末溴蒸汽吸附和壓片液溴處理3種方法對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行溴摻雜。研究發(fā)現(xiàn),采用壓片液溴處理得到的復(fù)合物,Br2/10%CNTs-PANI-Ⅲ的電導(dǎo)率比未摻溴之前提高了 3 × 106倍,接近了我們所使用的純CNTs的電導(dǎo)率。與溴摻雜PANI相比,我們發(fā)現(xiàn)摻溴CNTs-PANI復(fù)合物中,CNTs和溴對(duì)復(fù)合物電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)存在協(xié)同效應(yīng)。從紅外光譜、XPS和溫度處理實(shí)驗(yàn)可以看出溴與復(fù)合材料之間存在兩種作用:一方面溴摻雜在復(fù)合物里面,促進(jìn)材料的電導(dǎo)率急劇上升;另一方面,溴對(duì)復(fù)合物體系的結(jié)構(gòu)有一定的破壞作用,主要表現(xiàn)在溴與聚苯胺發(fā)生取代反應(yīng)破壞了復(fù)合物的共軛體系,以及溴的強(qiáng)氧化性降低了聚苯胺的分子量。3.液溴摻雜及其用量對(duì)CNTs-共軛高分子復(fù)合材料導(dǎo)電性能的影響本文對(duì)碳納米管-聚苯胺(CNTs-PANI)、碳納米管-苯胺-吡咯共聚物(CNTs-P(1An-3Py))、碳納米管-聚噻吩(CNTs-PTh)和碳納米管-聚吡咯(CNTs-PPy)粉末進(jìn)行了液溴摻雜處理,研究了他們的導(dǎo)電性能和導(dǎo)電機(jī)理。結(jié)果表明CNTs-PPy和CNTs-P(1An-3Py)的導(dǎo)電性能溴摻雜之后基本沒有提高,CNTs-PTh和CNTs-PANI在摻溴后電導(dǎo)率分別提高了 5個(gè)和7個(gè)數(shù)量級(jí)。特別是對(duì)于10%CNTs-PANI,摻溴后復(fù)合材料的電導(dǎo)率與純CNTs的相當(dāng)。通過Hall-effect、XRD、UV-Vis、FTIR和XPS的分析可知,對(duì)于電導(dǎo)率有巨大提高的CNTs-PANI和CNTs-PTh來說,載流子濃度和遷移率的提高共同促進(jìn)了電導(dǎo)率的迅速提高。而且高分子基體中所含雜原子不同,摻溴后發(fā)生的相互作用有所差異。當(dāng)雜原子是N時(shí),摻溴后溴與復(fù)合材料之間形成了 p-π共軛,使N原子上的電子能夠離域在更大的范圍內(nèi),形成了更多的氮陽離子自由基(N+);同時(shí)這也造成碳鏈和溴的外層電子云密度增大,形成了Br3-and Br-,共同促進(jìn)了電導(dǎo)率的提升。當(dāng)雜原子為S時(shí),CNTs與PTh之間的π-π相互作用,和摻溴后溴與復(fù)合材料之間形成的電子轉(zhuǎn)移復(fù)合物共同促進(jìn)了載流子濃度和遷移率的上升,促使電導(dǎo)率提高。本文為導(dǎo)電高分子共聚物低電導(dǎo)率的問題提供了一種改善的辦法,這種辦法能夠適用于其他類型的導(dǎo)電高分子共聚物,是一種通用的方法。本文還研究不同的摻溴方法對(duì)導(dǎo)電高分子復(fù)合材料電導(dǎo)率的影響,發(fā)現(xiàn)液溴摻雜是一種最好的提升復(fù)合材料導(dǎo)電性能的方法,為導(dǎo)電高分子復(fù)合材料導(dǎo)電性進(jìn)一步優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:The results show that the conductivity of the copolymer P ( An - py ) can be increased by 3 orders of magnitude and more than 4 times . The results show that the conductivity of the copolymer P ( An - py ) can be increased by 3 orders of magnitude and 4 times higher than that before bromine . UV - Vis , FTIR and XPS analysis show that the increase of carrier concentration and mobility is promoted by the increase of carrier concentration and mobility in CNTs - pani and CNTs - PTh with large conductivity . When the hetero atom is S , the electron transfer complexes formed between the bromine and the composite promote the increase of the carrier concentration and mobility .

【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1424752