基本信息
- 项目名称：
- 碳纳米管为模板制备聚吡咯复合材料
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 近年来，包括纳米线、纳米管、纳米棒在内的一维纳米结构导电聚合物，因具有低维数有机导体的优点而引起了密切关注，一维纳米结构导电聚合物不仅具有高长径比，而且具有大的比表面积，在纳米材料和纳米设备中有广泛的应用。至今为止，制备一维纳米结构导电聚合物的方法有很多种，例如，模板法、无模板法、界面聚合等。本文采用碳纳米管为硬模板在油水微乳液体系制备了PPy/MWCNTs纳米材料。
- 详细介绍：
- 在众多导电聚合物中，聚吡咯( PPy)以其独特的光电性能、易于合成、电导率高、环境稳定性好等优点，成为制备具有一维纳米结构导电聚合物的热点之一。 碳纳米管(CNTs)是在一定条件下由大量碳原子聚集形成的同轴空心管状结构，按照管壁的层数，CNTs可分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)。以CNTs为模板制备出的聚吡咯纳米复合材料具有更加优异的力学性能和独特的电学性能。碳纳米管可以作为硬模板的原因如下所述：碳纳米管的每个碳原子都有空的p轨道，电子在这些空的p轨道中形成高度离域大π键。从而使系统的能量降低到可以形成一个新的稳定系统。因此，导电高分子和碳纳米管侧壁上的π键可以形成π-π非共价键，而且可以得到核壳结构的碳纳米管/聚合物纳米复合材料。 微乳液体系是一种热力学稳定和各向同性透明的体系，也被用来制备超细颗粒。严等人在油-水微乳系统中制备出粒径在20～50 nm的聚吡咯纳米颗粒。他们的研究证实，相对于水溶液和常规乳液聚合，微乳聚合可以提高聚吡咯的产量、沿聚合物主链的p型共轭程度和高分子链的有序度。当采用原位聚合时，微乳液聚合非常适合制备碳纳米管/聚吡咯纳米复合材料时，所以我们采用微乳液原位聚合法制备聚吡咯/碳纳米管纳米复合材料。 SDBS是一种阴离子表面活性剂，在溶液中形成的胶束可以作为软模板制备纳米材料，本实验中，SDBS形成的胶束不仅作为软模板，更重要的是可以作为纳米结构的引导剂，引导单体在SWCNTs表面聚合，形成PPy/MWCNTs纳米复合材料。我们不仅研究了这种复合材料的形貌、结构和电导率，而且讨论了形成这种复合材料的机理。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 我们提供了一种制备聚吡咯纳米材料的新方法，用多壁碳纳米管为硬模板，采用微乳液原位聚合法制备了高导电率的聚吡咯纳米材料，通过改变碳纳米管与吡咯单体的质量比，研究其对聚吡咯形貌和导电率的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 用一种新颖简单的方法即微乳液聚合法，并且采用碳纳米管为硬模板，成功制备了具有高导电率的聚吡咯纳米材料，多壁碳纳米管具有优异的力学、电学、光学等性能 ,在其边壁和端帽部分存在大量结构缺陷 ,可与电子给体和电子受体发生掺杂 ,以其为导电粒子填充聚合制备的复合材料 ,不但材料的导电能力得到提高 ,而且其力学性能也得到提高。
应用价值和现实意义
- PPy/MWCNTs纳米材料由于它结合了PPy和MWCNTs的特性，在微电极、电池阴极材料、生物传感器、以及非线性光学领域有着广泛应用。目前，PPy/MWCNTs纳米材料在大规模集成电路、光纤维、电极材料、电致发光器件的集成以及纳米尺度的有机晶体管中有广泛的应用价值和应用前景。
学术论文摘要
- 本文以吡咯为单体、三氯化铁为氧化剂，采用反相微乳液聚合法，分别在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液中和含有多壁碳纳米管(MWCNTs)的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液中，用化学氧化法制得了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)导电复合材料。用SEM、TEM、IR、XRD和四探针电导率仪对复合材料进行了表征。结果表明：同在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液中的乳液聚合相比，在含有多壁碳纳米管(MWCNTs)的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液中，单体在SDBS的胶束内聚合，表面活性剂及其胶束吸附在MWCNTs的表面，表面活性剂的浓度和碳纳米管的用量对PPy/MWCNTs复合材料电导率的提高起到重要作用。当SDBS浓度为10CMC时，通过提高MWCNTs和单体的质量比，可获得导电性能优良的PPy/MWCNTs复合材料。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 聚吡咯纳米复合材料是近年来出现的一种新型纳米材料，它不但保持了聚吡咯的多种特性,而且获得了基体材料良好的力学性能，性能与成本都得以优化,其应用前景十分诱人。但目前也存在一些不足:如因目前对纳米超微尺寸带来的各种效应作用机理尚未形成共识，影响了对聚吡咯纳米复合材料的理论研究；因聚吡咯纳米复合材料微观结构与性能的准确表征尚不能令人满，从而影响到对其结构与性能之间的理论研究；因制备纳米复合粒子过程中对粒子形态及尺寸的控制、对其分散性和稳定性的把握，手段有限，从而使得聚吡咯纳米复合粒子的制备存在一定的局限性。随着相关技术的发展，国内外研究学者不断克服其不足，从而实现聚吡咯纳米复合材料在各个领域中的大规模应用。
