论文部分内容阅读
聚苯胺(PANI)作为一种重要的导电聚合物,具有电导率可调、易于制备、环境稳定性好等优点,是具有实际应用前景的导电聚合物之一。但是由于单一的PANI导电率有限、不溶不熔以及难以加工成型。本研究主要通过与高聚物复合来改善其加工成型性,利用混酸掺杂以及与金属复合来提高其电导,得到的高导电率的复合膜应用于电磁屏蔽等领域。此工作包含以下三方面：1)采用电化学方法在PVA支撑膜上制备硫酸和磺基水杨酸酸(SSA)共掺杂的导电PANI复合膜,研究了在其上继续沉积银的最佳工艺条件；并就拉伸对此系列复合膜电导率的影响及复合膜力学性能进行研究。采用傅立叶变换红外光谱、X衍射、扫描电镜对复合膜进行表征。结果表明：PVA膜上复合PANI的最优电导率为22.72S-cm-1；继续复合银后复合膜电导为1355S-cm-1,最优条件制备的PVA/PANI和PVA/PANI/Ag复合膜经拉伸其电导率分别提高20.74%和18.04%,展现出较优异的力学性能。红外光谱表明SSA和硫酸已经掺杂到聚苯胺中。复合膜具有一定的结晶度,经拉伸后复合膜结晶度增大。PVA/PANI复合膜微观上呈纤维状,Ag呈针状镶嵌、覆盖在PVA/PANI复合膜纤维上和纤维间,形成三维导电网络。2)采用电化学方法在PTFE支撑膜上制备硫酸和磺基水杨酸酸(SSA)共掺杂的导电PANI复合膜,研究了在其上继续沉积银的最佳工艺条件；并就拉伸和热处理对此系列复合膜电导率及力学性能进行了研究。采用拉曼光谱、扫描电镜、热重、X射线衍射、红外等手段对复合膜进行表征,并研究了其电磁屏蔽性能。结果表明：在PTFE膜上复合PANI的最佳电导率可达36.9S-cm-1,继续复合银的最优电导率为5379S-cm-1,最优条件制备的PTFE/PANI和PTFE/PANI/Ag复合膜经拉伸电导率分别提高19.74%和38.33%,展现出较优异的力学性能。PTFE/PANI复合膜经80℃～180℃内热处理,在空气和真空氛围中电导率都下降,PTFE/PANI/Ag复合膜在空气氛围中经热处理电导率下降,两种复合膜的强度不变,延展性降低；PTFE/PANI/Ag复合膜在真空氛围中经120℃热处理电导提高最显著,膜的力学强度也有所提高,但延展性降低。拉曼光谱表明PTFE/PANI与银复合良好。PANI在PTFE上呈球粒状均匀生长,Ag呈树枝状镶嵌、覆盖在PANI颗粒间。PTFE系列复合膜在区间100℃-160℃是稳定的。复合膜有一定的结晶度,经拉伸后,复合膜结晶度增大,经180℃热处理复合膜的结晶度降低。红外谱图研究表明PTFE/PANI复合膜经175℃热处理PANI结构发生变化。PTFE/PANI复合膜的屏蔽效能为16dB-24dB, PTFE/PANI/Ag复合膜的屏蔽效能为35dB～70dB。3)采用循环伏安法研究在PVA和PTFE支撑膜上PANI和银的复合机理,设计了复合膜的导电模型及屏蔽机理模型,解释了复合膜的导电机理及屏蔽机理,并采用循环伏安和交流阻抗对4种复合膜的电磁屏蔽机理进行研究。循环伏安法表明在PVA支撑膜上单一硫酸掺杂更容易,但稳定性不如共掺杂的；并在其上复合银时不会导致聚苯胺的脱掺杂。而在PTFE支撑膜上共掺杂更容易些,但单一硫酸掺杂的PANI稳定性好些；在其上复合银时也不会导致PANI电导降低。导电模型说明PANI在支撑膜上随着时间的延长相互连接,形成导电通路,银镶嵌和覆盖在聚苯胺间与聚苯胺形成三维网络通路。屏蔽模型说明PANI/Ag复合膜由于银层的覆盖以及银粒子镶嵌,使复合膜的电导和厚度致密性均较PANI复合膜大,导致其对电磁波的反射和吸收增强,屏蔽效能较PANI复合膜好。循环伏安和交流阻抗分析表明PANI复合膜在电路中不仅是个电阻件,还因为其氧化还原性质而具有电容和电感性质。