利用導(dǎo)電聚合物制備聚合物導(dǎo)電纖維,是材料學(xué)領(lǐng)域近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn)。聚3,4-乙撐二氧噻吩（PEDOT）是一種典型的導(dǎo)電聚合物,其能隙小、電導(dǎo)率高,可與PSS形成穩(wěn)定的PEDOT:PSS水性分散液,具備豐富的加工空間,因此得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。本文通過高壓靜電紡絲制備了具備一定機(jī)械性能的rGO/PEDOT:PSS/PVA的復(fù)合導(dǎo)電纖維。實(shí)驗(yàn)首先以可紡性和纖維形貌為基準(zhǔn),尋找PEDOT:PSS/PVA最佳的組分配比,并以此為基礎(chǔ)探討不同rGO組分下的rGO/PEDOT:PSS/PVA纖維的拉伸及導(dǎo)電性能。其中,rGO/PEDOT:PSS通過化學(xué)氧化法單獨(dú)合成,以此提高rGO在PEDOT:PSS中的分散性,減少無(wú)機(jī)組分rGO的團(tuán)聚效應(yīng),同時(shí)rGO中少量的含氧官能團(tuán)能夠增強(qiáng)與PEDOT:PSS分子間的作用力,相比本征狀態(tài)下的共混,能夠有效降低rGO參雜對(duì)纖維力學(xué)性能的影響。在紡絲實(shí)驗(yàn)的過程中,將紡絲機(jī)中常規(guī)的靜止接收屏改進(jìn)為可高速旋轉(zhuǎn)的接收臺(tái),得到了較規(guī)則的環(huán)狀同心圓形貌的纖維膜,使其在“弧向”與“徑向”分別具備不同的機(jī)械性能優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)的主要結(jié)果如下:（1）制備了PEDOT:PSS/PVA靜電... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

PEDOT電致變色機(jī)理

第1章緒論-5-圖1-3PEDOT在PSS鏈上的分布情況PEDOT:PSS水溶液體系的合成過程為釋放電子的p型摻雜過程[18]。在此過程中，PEDOT在氧化劑的作用下失去電子成為陽(yáng)離子，而PSS鏈上的若干硫酸根基團(tuán)由于極易失去H+成為-SO3-，可與帶正電荷的PEDOT分子鏈在靜電力的作用下形成穩(wěn)定的PEDOT:PSS水溶液。在水性分散液體系中，PSS的含量略高，且PEDOT的聚合度遠(yuǎn)小于PSS，但是由于彼此間的分子間作用力，PEDOT呈粒子狀粘附在PSS長(zhǎng)鏈上，因此提高聚合物分子鏈的規(guī)整度（圖1-3）。1.2.3PEDOT:PSS的改性在PEDOT:PSS體系中，可以使其電導(dǎo)率提升的摻雜溶劑有多元醇、無(wú)機(jī)酸、有機(jī)試劑、離子液體、金屬鹽等，能夠?qū)EDOT:PSS薄膜的電導(dǎo)率提升2~3個(gè)數(shù)量級(jí)。二次摻雜PEDOT:PSS導(dǎo)電性提高機(jī)理[19]為：(1)摻雜溶劑可以起到改變PEDOT的晶粒尺寸的作用，當(dāng)晶粒越粗時(shí)，晶界面積會(huì)變小，從而降低晶間跳躍勢(shì)壘，最終促進(jìn)電子的傳輸；(2)可以誘導(dǎo)PEDOT和PSS之間進(jìn)行相分離，促使PEDOT的結(jié)構(gòu)構(gòu)象發(fā)生變化，降低能帶間隙，利于載流子的移動(dòng)，提升PEDOT的導(dǎo)電性；(3)離子型摻雜劑可有效增加電荷載流子的濃度，提高電荷遷移率，從而提高PEDOT:PSS的導(dǎo)電性。PEDOT:PSS薄膜擁有良好的光學(xué)和電學(xué)性能，為進(jìn)一步提升其光電特性，王明暉等[20]在玻璃基片上分別制備了由丙三醇（C3H8O3）、山梨糖醇（C6H14O6）、二甲基亞砜（C2H6OS）摻雜的PEDOT∶PSS透明導(dǎo)電膜。這類摻雜劑都擁有多元羥基，且分子極性很強(qiáng)，能夠誘導(dǎo)PEDOT∶PSS分子結(jié)構(gòu)的平面化和舒展化，在之后的觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)這類摻雜劑都對(duì)薄膜的微觀形貌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了積極影響，總體上都促使薄膜的表面更為平整和光滑。經(jīng)測(cè)試表明，摻雜后薄膜的電導(dǎo)率和透光率均有明顯提高，其

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文8圖1-4高壓靜電紡絲裝置及泰勒錐1.3.2.2靜電紡絲裝置工作機(jī)理首先聚合物溶液經(jīng)注入裝置以恒定的速度通過注射噴頭，溶液在表面張力和自身重力的作用下在噴頭處形成Taylor錐[31]（半球狀液滴，即泰勒錐，如圖1-4），由于電壓的作用，聚合物溶液內(nèi)部的離子在泰勒錐表面匯集，與接收屏之間生成高壓靜電場(chǎng)，當(dāng)電場(chǎng)力的大小等于液滴的表面張力時(shí)，帶電液滴在毛細(xì)管末端處于平衡，隨著電場(chǎng)力逐漸增大，電荷進(jìn)一步匯集，液滴逐漸被拉長(zhǎng)直到突破表面張力的束縛，帶電的聚合物液滴在電場(chǎng)力的作用下在毛細(xì)管的泰勒錐頂點(diǎn)被加速，形成聚合物溶液的射流，這些聚合物射流由于裹挾著大量的電荷，在電場(chǎng)中被牽引著前進(jìn)，溶劑在空中蒸發(fā)凝結(jié)為納米級(jí)的纖維絲，隨后被接收屏捕獲接收，最終干結(jié)固化形成纖維膜（或稱纖維氈）。1.3.2.3靜電紡絲的影響因素[32]靜電紡絲法制備納米纖維的影響因素很多，這些因素可分為：（1）溶液性質(zhì)，如黏度、彈性、電導(dǎo)率和表面張力；（2）設(shè)備的控制變量，如毛細(xì)管中的靜電壓、毛細(xì)管口的電勢(shì)和毛細(xì)管口與收集器之間的距離（又稱板間距）；（3）環(huán)境參數(shù)，如溶液溫度、紡絲環(huán)境中的空氣濕度和溫度、氣流速度等。在實(shí)驗(yàn)工作中，紡絲設(shè)備的變量往往要根據(jù)溶液性質(zhì)來調(diào)節(jié)，此外環(huán)境因素也可通過紡絲機(jī)自身的輔助功能來降低影響，如光照、加熱、鼓風(fēng)等等。1.4石墨烯1.4.1石墨烯的結(jié)構(gòu)與性能有關(guān)石墨烯（Graphene，GR）的研究始于最近的20年，隨著研究的進(jìn)一步深入，有望在化學(xué)傳感器、晶體管、柔性顯示屏以及新能源電池等領(lǐng)域帶來技術(shù)革新[33]。石墨烯是一種二維納米材料，其內(nèi)部為碳原子通過sp2雜化軌道構(gòu)成的六邊形蜂巢狀


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