聚(3,4-乙撑二氧噻吩)复合材料的制备、表征和性能研究

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聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)由于具有较高的电导率、较好的环境稳定性、无毒的优势和薄膜对可见光的高透过率而成为目前研究最深入、应用最广泛的导电聚合物之一。并在抗静电涂层、导电薄膜、超级电容器、电致变色器件、有机发光二极管、有机太阳能电池、电磁屏蔽材料以及喷墨印刷等领域展示有广阔的应用前景。但本征态PEDOT特殊的共轭长链结构导致其不溶于任何溶剂,也不能熔融,因而不能对其进行有效的加工,改善PEDOT的加工及应用性能成为导电聚合物领域重要且极具意义的研究。因此,本课题提出探索新的聚合体系来改善PEDOT的加工及应用性能,主要工作如下:一、在水性介质中,利用可再生资源——木质素磺酸钠(LGS)作为掺杂剂和软模板,以过硫酸铵(APS)作为氧化剂,采用化学氧化聚合法制备在水溶液体系中稳定分散的PEDOT/LGS复合材料,通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)、双光束紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)、热重分析仪(TGA)、场发射扫描电子显微镜(SEM)以及四探针电导率测试仪对复合材料的性能进行相关测试和表征。结果表明,本方法制备出的PEDOT/LGS复合材料具有分散稳定性良好、室温电导率较高等优点,并且呈现管状或纤维状的微观构型,在木质素磺酸钠与EDOT单体的质量比为1.5/1时,室温电导率达到1.15×10-3S/cm。二、以室温电导率和水性分散液沉降高度为试验指标,采用正交试验法对上述木质素磺酸钠掺杂聚(3,4-乙撑二氧噻吩)复合材料的制备工艺进行了优化。结果表明,掺杂剂用量、氧化剂用量、聚合反应温度和溶液pH值等因素对PEDOT/LGS复合材料的电导率均有一定的影响,其最佳工艺条件为:m(LGS)/m(EDOT)=2.0/1, n(APS)/n (EDOT)=1.2/1,反应温度为0℃,溶液pH为1.0,在最佳工艺条件下制备的PEDOT/LGS复合材料分散稳定性良好,室温电导率可达1.71×10-2S/cm。三、利用高分子表面活性剂——木质素磺酸钠,借助自组装的方法对多壁碳纳米管(MWNTs)进行表面修饰,获得稳定分散的多壁碳纳米管分散液,并采用原位化学氧化聚合法,制备综合性能优良的PEDOT/MWNTs复合材料,通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、四探针电导率测试仪对复合材料的性能进行相关测试和表征。结果表明,多壁碳纳米管用量、氧化剂用量、聚合反应温度以及溶液pH值等聚合反应工艺条件均会影响PEDOT/MWNTs复合材料的导电性能,其最佳工艺条件为:m (MWNTs)/m (EDOT)=2.0/1, n (APS)/n (EDOT)=1.2/1,反应温度为5℃,溶液pH值为0.8。在最佳工艺条件下制备的PEDOT/MWNTs复合材料的电导率可达33.52S/cm,且分散稳定性良好。
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