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基本信息
- 項目名稱：
- 低維聚苯胺納米纖維及其復(fù)合纖維的制備
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 導(dǎo)電聚合物和納米技術(shù)的結(jié)合，帶來了許多新的化學(xué)和物理性能，進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域，正在成為近期導(dǎo)電高分子研究的熱點。聚苯胺具有許多優(yōu)良的物理化學(xué)性能，有廣闊的應(yīng)用前景。設(shè)計具有特定形貌的聚苯胺納米材料及其復(fù)合材料，并使其具有一定的功能，是導(dǎo)電聚合物研究中一個富有挑戰(zhàn)性的課題。本論文以聚苯胺納米結(jié)構(gòu)制備方法展開，探索出簡單有效的制備多種形貌的聚苯胺納米材料及其復(fù)合材料的方法。
- 詳細(xì)介紹：
- 導(dǎo)電聚合物和納米技術(shù)的結(jié)合，帶來了許多新的化學(xué)和物理性能，進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域，正在成為近期導(dǎo)電高分子研究的熱點。聚苯胺具有許多優(yōu)良的物理化學(xué)性能，有廣闊的應(yīng)用前景。設(shè)計具有特定形貌的聚苯胺納米材料及其復(fù)合材料，并使其具有一定的功能，是導(dǎo)電聚合物研究中一個富有挑戰(zhàn)性的課題。本論文以聚苯胺納米結(jié)構(gòu)制備方法展開，探索出一系列簡單有效的制備多種形貌的聚苯胺納米材料及其復(fù)合材料的方法。 在不額外使用表面活性劑的情況下，通過水楊酸和摻雜同時起模板劑的作用，控制合成了多形貌（如粒子、纖維、編織席狀纖維）低維聚苯胺納米材料：聚苯胺纖維的直徑可以通過簡單調(diào)整苯胺的濃度來控制；采用用適當(dāng)?shù)膿诫s劑和苯胺濃度比可以來制備出編織席狀纖維；改變APS對苯胺的濃度比，可以形成三維的、互相交錯聯(lián)接的納米碟結(jié)構(gòu)。該方法開辟了一條可控合成高分子納米結(jié)構(gòu)材料的有效途徑。 用硬脂酸做模板和摻雜劑通過自組裝過程來制備線型聚苯胺納米管，樹枝狀和網(wǎng)狀聚苯胺納米纖維。管的平均直徑大約在200 nm，長度在1微米以下或達(dá)幾微米。樹枝狀聚苯胺纖維由于內(nèi)部連接形成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。聚苯胺的形態(tài)與大小取決于苯胺與硬脂酸濃度比，基于紫外可見光譜和拉曼光譜中得到的結(jié)論，三種典型產(chǎn)物的摻雜水平因不同的反應(yīng)條件而不同。 通過采用紫外吸收光譜、拉曼光譜和X－射線衍射等手段，深入研究了各不同形貌聚苯胺與其分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。從微觀領(lǐng)域闡釋了形成不同納米結(jié)構(gòu)的可能機(jī)理，為納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的控制合成提供了堅實的理論基礎(chǔ)。 利用已制備出的樹枝狀聚苯胺納米纖維作模板，通過溶膠-凝膠的方法來合成聚苯胺/二氧化硅復(fù)合纖維，復(fù)合纖維的室溫電導(dǎo)率高于聚苯胺纖維，復(fù)合纖維的直徑可以通過選擇聚苯胺纖維的直徑來選擇，而聚苯胺的直徑可以通過控制反應(yīng)條件來調(diào)節(jié)。 通過煅燒復(fù)合纖維，得到保持聚苯胺樹枝狀的二氧化硅纖維，提供了一種模板法制備樹枝狀無機(jī)物納米纖維的新方法，所制備的樹枝狀無機(jī)物納米纖維由于聚苯胺的燒除而帶介孔結(jié)構(gòu)，使其在催化和吸附等領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價值。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本論文以聚苯胺納米結(jié)構(gòu)制備方法展開，探索出簡單有效的制備多種形貌的聚苯胺納米材料及其復(fù)合材料的方法。通過改變聚苯胺與摻雜劑的濃度比，控制聚苯胺納米結(jié)構(gòu)形態(tài)的改變。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本文探究了前人沒有涉及到的聚苯胺的形態(tài)從線型到樹枝型轉(zhuǎn)化的問題，同時具有創(chuàng)造性地用樹狀聚苯胺納米纖維作為模板制備出了多功能復(fù)合纖維，發(fā)展了用模板法制備樹枝狀無機(jī)納米纖維的新方法。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 低維聚苯胺納米結(jié)構(gòu)材料在高分子納米線、微－納米電子裝置、納米器件及氣體分離膜方面具有極大的潛在應(yīng)用價值。通過對低維聚苯胺納米纖維及其復(fù)合纖維的研究，有利于我們理解聚苯胺納米結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理，指導(dǎo)我們改善聚苯胺的可加工性。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 導(dǎo)電聚合物和納米技術(shù)的結(jié)合，帶來了許多新的化學(xué)和物理性能，進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域，正在成為近期導(dǎo)電高分子研究的熱點。聚苯胺具有許多優(yōu)良的物理化學(xué)性能，有廣闊的應(yīng)用前景。設(shè)計具有特定形貌的聚苯胺納米材料及其復(fù)合材料，并使其具有一定的功能，是導(dǎo)電聚合物研究中一個富有挑戰(zhàn)性的課題。本論文以聚苯胺納米結(jié)構(gòu)制備方法展開，探索出簡單有效的制備多種形貌的聚苯胺納米材料及其復(fù)合材料的方法。主要內(nèi)容如下： 1．采用自組裝的方法，在有機(jī)酸（水楊酸、硬脂酸）摻雜下通過化學(xué)氧化聚合，首次控制合成多形貌聚苯胺納米結(jié)構(gòu)，包括顆粒、樹枝狀納米纖維、納米管、納米纖維編織席和納米碟等。采用掃描電鏡和透射電鏡方法觀察了產(chǎn)物形貌；綜合運(yùn)用紫外、紅外、X射線衍射和拉曼光譜等表征手段分析了聚合產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)；探討了這種通過自組裝作用形成的新形貌的機(jī)理。 2．選擇閾值最低、最具應(yīng)用價值的樹枝狀納米纖維為模板，首次采用溶膠-凝膠技術(shù)合成了樹枝狀聚苯胺/SiO2(TiO2)復(fù)合纖維，煅燒除去有機(jī)成分，得到介孔結(jié)構(gòu)樹枝狀無機(jī)物納米纖維。發(fā)展了一種以聚苯胺纖維為模板合成新型無機(jī)物納米結(jié)構(gòu)材料的新方法。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- 1，所得聚苯胺在Hitachi S-4300場發(fā)射掃描電子顯微鏡和JEOL JEM-100CX透射顯微鏡下進(jìn)行觀察； 2，所得聚苯胺固體通過超聲溶解于間甲酚溶液后，在紫外光譜儀（1601UVPC，日本）上進(jìn)行測定； 3，Raman光譜在LabRam I光譜儀上進(jìn)行測定，激發(fā)光波長為632.8nm； 4，廣角X射線衍射在Rigaku 97D/max-2500上進(jìn)行；pH值由pH-3S (San- 99gli)pH計測得。
同類課題研究水平概述
- 近年來，低維納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的構(gòu)建吸引了科學(xué)家極大興趣，主要是由于它們在高分子納米線、微－納米電子裝置、納米器件及氣體分離膜方面具有極大的潛在應(yīng)用價值。聚苯胺納米材料由于比塊體材料具有更大的比表面積因而具有更為優(yōu)越的性能，聚苯胺的電子/離子性能主要是決定于其形貌結(jié)構(gòu)。因此，聚苯胺納米結(jié)構(gòu)的控制不論在理論上還是應(yīng)用上都有重要意義。 科學(xué)家們發(fā)展出了多種合成聚苯胺納米材料的方法或策略，包括硬/軟模板法，種子誘導(dǎo)聚合法，界面聚合法，快速混合反應(yīng)法，電沉積法，輻射聚合法以及稀釋聚合法等等。在所有以上提到的聚苯胺合成方法中，乳液聚合法被認(rèn)為是合成聚苯胺納米材料最有效的軟模板法。通常，乳液聚合需要使用大量表面活性劑作乳化劑，聚合反應(yīng)完成后，表面活性劑的處理和回收是非常繁瑣的任務(wù)。 前人已經(jīng)通過自組裝過程制備了亞微米級樹枝狀聚苯胺，或在低溫凝膠中通過氧化聚合反應(yīng)制備三維樹枝聚苯胺納米纖維，但這方面的報道很少，只有有限的幾篇。不久前，我們已經(jīng)成功的用水楊酸作為模板及摻雜物在室溫下制備出直徑在30-40 nm之間的樹枝狀及網(wǎng)狀聚苯胺納米纖維。關(guān)于聚苯胺的形態(tài)從線型到樹枝型的轉(zhuǎn)化問題，沒有任何一篇文獻(xiàn)同時涉及到一維線型和三維樹枝型納米纖維的控制問題。在前期工作基礎(chǔ)上進(jìn)行更深入的研究，成功的合成多形貌聚苯胺納米結(jié)構(gòu)。 另一方面，在眾多的導(dǎo)電聚合物中, 聚苯胺( PANI) 因其特殊的質(zhì)子摻雜性、良好的氧化還原性和環(huán)境穩(wěn)定性以及較高的摻雜導(dǎo)電率, 易于大量生產(chǎn)和成本相對低廉引起了廣泛的關(guān)注，被認(rèn)為是最有實際商業(yè)應(yīng)用前景的導(dǎo)電高分子之一。但PANI 因其分子強(qiáng)剛性鏈以及鏈間的強(qiáng)相互作用,綜合力學(xué)性能差，自身難熔并且不易溶于一般有機(jī)溶劑和流變性能不良，使其難以采用傳統(tǒng)加工成型方法，嚴(yán)重妨礙了在各個領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。納米粒子由于顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點使其具有特殊的物理化學(xué)特性，聚苯胺納米復(fù)合材料不僅可充分利用兩者性能互補(bǔ)的優(yōu)勢，改善基體的物理與化學(xué)性能，還可以賦予導(dǎo)電高分子新的性能；可以改善導(dǎo)電高分子的性能。 我們所制備的樹枝狀或者網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的聚苯胺納米纖維比其它納米結(jié)構(gòu)具有更低的使用閾值。還在成功控制制備樹枝狀聚苯胺納米纖維的基礎(chǔ)上，發(fā)展了一種模板法制備樹枝狀無機(jī)物納米纖維的新方法。
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