球磨固相掺杂制备聚苯胺及其复合材料

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本文通过高能球磨方法引发樟脑磺酸(CSA)对本征态聚苯胺(PANI)的固相掺杂反应,制备了樟脑磺酸掺杂聚苯胺(PANI-CSA)粉末及聚苯胺/碳纳米管(CNTs)复合材料。进而改变球磨时间、球磨温度、球磨转速、球料比(磨球与磨料质量比)、PANI与CSA反应物摩尔配比、CNTs添加量等球磨工艺参数,系统地研究各球磨工艺参数对PANI-CSA粉末及PANI-CSA/CNTs复合粉末电导率和掺杂率的影响规律,确定获得高电导率的工艺参数。采用SEM、XRD、FT-IR分析方法对所得的PANI-CSA及PANI-CSA/CNTs复合粉末进行了形貌和结构表征,研究了各工艺参数影响粉末掺杂率、电导率和微观结构的机制。主要研究结果如下:1.常温球磨最佳的工艺参数为球料比50:1,摩尔比2.5:1,转速700r/min。随球磨时间的增加,电导率和掺杂率呈现先增大后减小的趋势,在2.5小时达到极大值。XRD,FT-IR分析表明球磨能实现较高的电荷离域程度,高能球磨诱导PANI分子链取向排列并形成了PANI片层,促使CSA在PANI-CSA-PANI层片之间沿PANI分子链方向形成高度的取向。2.低球磨温度可同时促进固相掺杂反应和物理改性过程,电导率和掺杂率均随球磨温度的降低而增大,可以得到同时具备高掺杂率和高电导率的掺杂态聚苯胺;-150℃低温球磨2.5 h所得的PANI-CSA电导率高达6.21 S/cm,其掺杂率为0.32。3.添加0.3%Wt多壁碳纳米管,可以有效提高PANI-CSA粉末电导率。碳纳米管在PANI-CSA基体中均匀分布,碳纳米管的加入,使得PANI分子以碳纳米管为核心包裹生长,纳米管在PANI分子链间的“搭桥”作用有效的提高了粉体的电导率。碳纳米管含量增加,碳纳米管不能均匀分散。
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