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基本信息

項(xiàng)目名稱：
碳納米管為模板制備聚吡咯復(fù)合材料
小類：
能源化工
簡介：
近年來，包括納米線、納米管、納米棒在內(nèi)的一維納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物，因具有低維數(shù)有機(jī)導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)而引起了密切關(guān)注，一維納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物不僅具有高長徑比，而且具有大的比表面積，在納米材料和納米設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用。至今為止，制備一維納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物的方法有很多種，例如，模板法、無模板法、界面聚合等。本文采用碳納米管為硬模板在油水微乳液體系制備了PPy/MWCNTs納米材料。
詳細(xì)介紹：
在眾多導(dǎo)電聚合物中，聚吡咯( PPy)以其獨(dú)特的光電性能、易于合成、電導(dǎo)率高、環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，成為制備具有一維納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物的熱點(diǎn)之一。 碳納米管(CNTs)是在一定條件下由大量碳原子聚集形成的同軸空心管狀結(jié)構(gòu)，按照管壁的層數(shù)，CNTs可分為單壁碳納米管(SWCNTs)和多壁碳納米管(MWCNTs)。以CNTs為模板制備出的聚吡咯納米復(fù)合材料具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能和獨(dú)特的電學(xué)性能。碳納米管可以作為硬模板的原因如下所述：碳納米管的每個(gè)碳原子都有空的p軌道，電子在這些空的p軌道中形成高度離域大π鍵。從而使系統(tǒng)的能量降低到可以形成一個(gè)新的穩(wěn)定系統(tǒng)。因此，導(dǎo)電高分子和碳納米管側(cè)壁上的π鍵可以形成π-π非共價(jià)鍵，而且可以得到核殼結(jié)構(gòu)的碳納米管/聚合物納米復(fù)合材料。 微乳液體系是一種熱力學(xué)穩(wěn)定和各向同性透明的體系，也被用來制備超細(xì)顆粒。嚴(yán)等人在油-水微乳系統(tǒng)中制備出粒徑在20～50 nm的聚吡咯納米顆粒。他們的研究證實(shí)，相對(duì)于水溶液和常規(guī)乳液聚合，微乳聚合可以提高聚吡咯的產(chǎn)量、沿聚合物主鏈的p型共軛程度和高分子鏈的有序度。當(dāng)采用原位聚合時(shí)，微乳液聚合非常適合制備碳納米管/聚吡咯納米復(fù)合材料時(shí)，所以我們采用微乳液原位聚合法制備聚吡咯/碳納米管納米復(fù)合材料。 SDBS是一種陰離子表面活性劑，在溶液中形成的膠束可以作為軟模板制備納米材料，本實(shí)驗(yàn)中，SDBS形成的膠束不僅作為軟模板，更重要的是可以作為納米結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)劑，引導(dǎo)單體在SWCNTs表面聚合，形成PPy/MWCNTs納米復(fù)合材料。我們不僅研究了這種復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率，而且討論了形成這種復(fù)合材料的機(jī)理。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

我們提供了一種制備聚吡咯納米材料的新方法，用多壁碳納米管為硬模板，采用微乳液原位聚合法制備了高導(dǎo)電率的聚吡咯納米材料，通過改變碳納米管與吡咯單體的質(zhì)量比，研究其對(duì)聚吡咯形貌和導(dǎo)電率的影響。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

用一種新穎簡單的方法即微乳液聚合法，并且采用碳納米管為硬模板，成功制備了具有高導(dǎo)電率的聚吡咯納米材料，多壁碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等性能 ,在其邊壁和端帽部分存在大量結(jié)構(gòu)缺陷 ,可與電子給體和電子受體發(fā)生摻雜 ,以其為導(dǎo)電粒子填充聚合制備的復(fù)合材料 ,不但材料的導(dǎo)電能力得到提高 ,而且其力學(xué)性能也得到提高。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

PPy/MWCNTs納米材料由于它結(jié)合了PPy和MWCNTs的特性，在微電極、電池陰極材料、生物傳感器、以及非線性光學(xué)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。目前，PPy/MWCNTs納米材料在大規(guī)模集成電路、光纖維、電極材料、電致發(fā)光器件的集成以及納米尺度的有機(jī)晶體管中有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

學(xué)術(shù)論文摘要

本文以吡咯為單體、三氯化鐵為氧化劑，采用反相微乳液聚合法，分別在十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)溶液中和含有多壁碳納米管(MWCNTs)的十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)溶液中，用化學(xué)氧化法制得了聚吡咯/多壁碳納米管(PPy/MWCNTs)導(dǎo)電復(fù)合材料。用SEM、TEM、IR、XRD和四探針電導(dǎo)率儀對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：同在十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)溶液中的乳液聚合相比，在含有多壁碳納米管(MWCNTs)的十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)溶液中，單體在SDBS的膠束內(nèi)聚合，表面活性劑及其膠束吸附在MWCNTs的表面，表面活性劑的濃度和碳納米管的用量對(duì)PPy/MWCNTs復(fù)合材料電導(dǎo)率的提高起到重要作用。當(dāng)SDBS濃度為10CMC時(shí)，通過提高M(jìn)WCNTs和單體的質(zhì)量比，可獲得導(dǎo)電性能優(yōu)良的PPy/MWCNTs復(fù)合材料。

獲獎(jiǎng)情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

聚吡咯納米復(fù)合材料是近年來出現(xiàn)的一種新型納米材料，它不但保持了聚吡咯的多種特性,而且獲得了基體材料良好的力學(xué)性能，性能與成本都得以優(yōu)化,其應(yīng)用前景十分誘人。但目前也存在一些不足:如因目前對(duì)納米超微尺寸帶來的各種效應(yīng)作用機(jī)理尚未形成共識(shí)，影響了對(duì)聚吡咯納米復(fù)合材料的理論研究；因聚吡咯納米復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與性能的準(zhǔn)確表征尚不能令人滿，從而影響到對(duì)其結(jié)構(gòu)與性能之間的理論研究；因制備納米復(fù)合粒子過程中對(duì)粒子形態(tài)及尺寸的控制、對(duì)其分散性和穩(wěn)定性的把握，手段有限，從而使得聚吡咯納米復(fù)合粒子的制備存在一定的局限性。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外研究學(xué)者不斷克服其不足，從而實(shí)現(xiàn)聚吡咯納米復(fù)合材料在各個(gè)領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用。
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