納米纖維聚苯胺的制備及性能研究

納米纖維聚苯胺的制備及性能研究

0聚苯胺納米纖維的制備電聚苯胺是一種有機材料，具有成本低、質量輕、環(huán)境穩(wěn)定好、氧化還原性好、導電性好等特點。它可以用來代替各種材料。因此，它在許多領域的應用于涂層、電磁強度計、電子顯微器、電池等領域。傳統(tǒng)生產(chǎn)聚苯胺納米纖維的方法通常是模板法，該方法難以得到較純的聚苯胺納米纖維1實驗部分1.1化學試劑及試劑苯胺、硫酸、鹽酸:分析純，天津市凱通化學試劑有限公司;過硫酸銨、磷酸(H十二烷基苯磺酸:分析純，國藥集團化學試劑有限公司;聚乙烯吡咯烷酮:分析純，阿拉丁試劑(上海)有限公司。1.2光譜、試劑和儀器掃描電子顯微鏡:S-4300，日立凱杰企業(yè)有限公司;X-射線衍射:D8-FOCUS，德國BRUKER公司;紫外可見吸收光譜:Perkin-ElmerLambda，廈門億辰科技有限公司;四探針測試儀:RTS-4，深諾儀器(深圳)有限公司;傅里葉變換紅外光譜:Equinox55，德國BRUKER公司。1.3聚乙烯吡咯烷酮的合成分別將一定量的摻雜酸(鹽酸、硫酸、磷酸、十二烷基苯磺酸)溶于100mL水中，再加入0.5%的聚乙烯吡咯烷酮和0.1mol苯胺，充分攪拌0.5h后，用冰水降溫至0℃，然后，滴加過硫酸銨水溶液，保持反應溫度在0～5℃，反應2h。摻雜酸與苯胺的摩爾比為1.25∶1，過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1∶1。待反應完成后，抽濾得到深綠色聚苯胺固體，用水淋洗至中性，再用丙酮淋洗一遍，烘干留以備用。1.4聚苯胺納米纖維的結構表征通過掃描電子顯微鏡觀察聚苯胺纖維的形貌。通過傅里葉變換紅外光譜表征聚苯胺納米纖維的分子結構，波長范圍為500～4000cm將聚苯胺纖維制成直徑為13mm、厚度為0.3mm的圓片，采用四探針測試儀測試聚苯胺纖維的電導率。2結果與討論2.1摻雜酸的種類實驗產(chǎn)率計算公式如式(1)所示。產(chǎn)率=(聚苯胺的質量/苯胺質量)×100%(1)圖1為不同摻雜酸制備的導電聚苯胺纖維的產(chǎn)率。從圖1中可以看出，以十二烷基苯磺酸為摻雜劑制備的聚苯胺產(chǎn)率最高，這是由于，與鹽酸、硫酸、磷酸相比，十二烷基苯磺酸的相對分子質量更高，摻雜在聚苯胺分子鏈上，提高了產(chǎn)物的產(chǎn)量，并且，十二烷基苯磺酸摻雜在分子鏈上不易發(fā)生脫摻雜，因此，產(chǎn)品產(chǎn)量得到顯著提高。圖2為不同摻雜酸對聚苯胺形貌的影響。從圖2中可以看出，不同摻雜酸制備得到的聚苯胺形貌存在一定差異。以硫酸和磷酸為摻雜劑制備的聚苯胺具有一定的棒狀形貌，但團聚嚴重;以鹽酸為摻雜劑制備的聚苯胺具有短棒狀結構;以十二烷基苯磺酸為摻雜劑制備的聚苯胺形貌呈纖維狀結構。產(chǎn)生棒狀和纖維狀這2種形貌主要是由于長徑比存在明顯差異。圖3為不同摻雜酸制備的導電聚苯胺纖維的電導率。從圖3中可以看出，以十二烷基苯磺酸為摻雜劑制備的聚苯胺纖維的電導率最高。這是由于，十二烷基苯磺酸為分子量較大的有機酸，摻雜后不易發(fā)生脫摻雜反應，摻雜狀態(tài)的聚苯胺具有導電性能，而摻雜度越高，導電性能越好。另外，以十二烷基苯磺酸為摻雜劑制備的聚苯胺具有較好的纖維狀結構，該結構能夠提供更好的電子通道，從而提高聚苯胺的電導率，因此，選用十二烷基苯磺酸作為聚苯胺的摻雜劑。2.2二烷基苯磺酸對聚苯胺微觀形貌的影響摩爾當量即摩爾比，當十二烷基苯磺酸與苯胺的摩爾比為0.5∶1時，其摩爾當量為0.5，以此類推。圖4為不同含量的十二烷基苯磺酸制備的聚苯胺的產(chǎn)率。從圖4中可以看出，隨著十二烷基苯磺酸摩爾當量的增加，制備出的聚苯胺的產(chǎn)率逐漸升高，這主要是由十二烷基苯磺酸的摻雜量增加引起的，當十二烷基苯磺酸的摩爾當量為1.25時，聚苯胺產(chǎn)率達到最大，后基本保持不變。圖5為不同含量的十二烷基苯磺酸制備的聚苯胺的微觀形貌。從圖5中可以看出，以十二烷基苯磺酸為摻雜酸制備的聚苯胺均為纖維狀，而且，隨著十二烷基苯磺酸摩爾當量的增加，聚苯胺纖維的長徑比逐漸增大。從圖5d中可以看出，當十二烷基苯磺酸的摩爾當量為1.25時，制備的聚苯胺的形貌較好;當十二烷基苯磺酸的摩爾當量繼續(xù)增加時，制備的聚苯胺纖維發(fā)生交聯(lián)，如圖5e所示。圖6為不同含量的十二烷基苯磺酸制備的聚苯胺的電導率。從圖6中可以看出，隨著十二烷基苯磺酸摩爾當量的增加，制備的聚苯胺的電導率逐漸增大，這主要是由于，十二烷基苯磺酸摩爾當量的增加能夠使聚苯胺具有更好的摻雜效果，纖維結構也更加明顯，有利于形成更好的電子通路。當十二烷基苯磺酸的摩爾當量為1.25時，制備的聚苯胺的電導率達到最大，繼續(xù)增加十二烷基苯磺酸的摩爾當量，雖然，聚苯胺的摻雜效果基本無變化，但是，由于其形貌發(fā)生了較大的變化，得到的纖維處于交聯(lián)狀態(tài)，影響了電子的流通，導致導電效果有小幅下降。從以上結果可以看出，摻雜酸與苯胺的摩爾比對纖維的形貌和導電性能的影響較大，文章以十二烷基苯磺酸與苯胺的摩爾比為1.25∶1，制備的聚苯胺在產(chǎn)率、微觀形貌和導電性能方面均最佳。2.3聚苯胺的x射線衍射從紅外光譜測試結果可以看出，導電聚苯胺的氧化態(tài)和摻雜態(tài)情況。圖7為十二烷基苯磺酸與苯胺的摩爾比為1.25∶1時制備的聚苯胺的紅外光譜圖。從圖7中可以看出，在3127cm圖8為十二烷基苯磺酸與苯胺的摩爾比為1.25∶1時制備的聚苯胺的X射線衍射譜圖。從圖8中可以看出，呈現(xiàn)彌散的“隆峰”是短序非晶態(tài)的表現(xiàn)。圖中尖銳的峰(如峰1、峰2、峰3和峰4)均為結晶態(tài)的表現(xiàn)。尖銳的峰數(shù)越多，聚合物的結晶性越好，摻雜態(tài)聚苯胺就越多摻雜聚苯胺的氧化和還原態(tài)可以通過紫外可見吸收光譜進行表征。十二烷基苯磺酸與苯胺的摩爾比為1.25∶1時制備的聚苯胺的紫外光譜圖，如圖9所示。從圖9中可以看出，制備的聚苯胺在203、302、420和819nm處存在4個特征帶，302nm處的特征帶與苯環(huán)中氮的激發(fā)有關3摻雜酸的選擇文章以十二烷基苯磺酸為摻雜酸制備了納米聚苯胺纖維，討論了摻雜酸的種類及摻雜酸的含量對聚苯胺產(chǎn)率、微觀形貌和電導率的影響，研究結果如下:(1)不同種類的摻雜酸對制備聚苯胺產(chǎn)率影響較大，分別使用鹽酸、硫酸、磷酸、十二烷基苯磺酸作為摻雜酸，制備的聚苯胺產(chǎn)率分別為98.6%、95.4%、102.9%和112.5%，制備的聚苯胺電導率分別為0.124、0.065、0.082和0.149S/cm，因此，采用十二烷基苯磺酸作為摻雜酸最優(yōu)。(2)當十二烷基苯磺酸