功能模板调控聚苯胺微纳结构与性能研究

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3、atingandcontrollingpolyanilinemicro-/nanostructuresandperformancesByMaYongUndertheSupervisionofProfessorZhangQiu-yuADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofMaterialsScienceXi’anP.R.ChinaSeptember2017摘要摘要近年来

4、具有不同维度与形貌的聚苯胺（PANI）在传感器，电磁印刷，电致变色，光伏电池，制动器，超级电容器，静电消散，电磁屏蔽，腐蚀保护等领域展现了广阔的应用前景，得到了科技界与工业界的广泛关注。迄今，影响PANI微纳米结构的因素以及作用原理尚不清楚。另外PANI形貌的规整性、尺寸的均一性控制较差。对于基于PANI材料的复合结构而言，零维和一维核壳复合结构可控性差，制备方法繁琐，限制了这类材料的推广与应用。本论文针对上述科学问题，开展了如下研究：我们研究了表面活性剂作为软模板对于PANI结构和形貌的影响，利用无表面活性剂，PVP，PEG，CTAB，CTAC，SDBS，

5、SLS，SDS，依次得到了PANI鞋状板，球，玫瑰花，云状板和菱形板，层状花，圆柱，纤维块以及枝状物。我们认为胶束软模板以及自组装进程的协同作用是形成这些多维纳米结构的关键。其中自组装进程的发生是由表面活性剂分子之间非共价键相互作用引起的。考察了这些多维PANI纳米结构的电化学性能，发现PANI层状花在1.0Ag-1时展现了最高的比电容272Fg-1。详细研究了表面活性剂CTAC和CTAB对PANI最终形貌的影响。具体为在室温下，低浓度HCl溶液中，通过改变表面活性剂CTAC的用量，分别得到了PANI层状花，不规则片，表面附着有颗粒的块，块等多维大尺寸结构，

6、这些纳米结构的形成离不开CTAC形成不同的胶束的诱导作用。研究了pH值对PANI行貌的影响，发现随着HCl溶液浓度的提升，PANI的无序程度增加，这与苯胺分子水溶性增加导致其在溶液中的聚合反应不再受CTAC胶束的指导作用密切相关。在相同的反应体系中，通过使用表面活性剂CTAB，得到了规整的PANI菱形板。分别研究了PANI菱形板的形貌进化，pH值对PANI形貌的影响，提出了层状胶束机理。PANI不规则片和菱形板都展示了优秀的水分散性，以及可加工性，这是由于样品表面残留的表面活性剂分子以及PANI样品具有合适的尺寸协同作用下完成的。此外，PANI菱形板在流动作

7、用下展现了颜色变化，这可能是由于PANI菱形板在溶液中分散形成溶致液晶引起的。探索连用磁场诱导自组装法和苯胺原位表面聚合法制备了高长径比一维Fe3O4/PANI电磁纳米链。在制备过程中，amino-Fe3O4微球在外磁场作用下诱导形成临时偶极链，然后苯胺分子在其表面发生原位聚合，最终得到了核壳链状结构。在amino-Fe3O4微球与苯胺分子之间自发形成的氢键作用是苯胺分子能够发生表面原位聚合的本质原因。与Fe-63O4/PANI微球的导电率2.13×10S/cm相比，纳米链的导电率为4.42×10-5S/cm。另外，在纳米链的制备基础上，通过HCl溶液刻蚀作

8、用，得到了PANI链状胶囊和中空微球。通过调节苯胺单体的用量，实现了PANI链状结构的链长度以及壳层厚度的调节，并且发现PANI壳厚d1，amino-Fe3O4微球颗粒间平均距离d2以及PANI含量随着苯胺单体用量在一定范围内都呈现了线性增加。I西北工业大学博士学位论文在苯胺单体化学氧化聚合过程中，通过控制添加物Fe3O4微球表面的氨基数量，即控制了苯胺单体在Fe3O4微球表面的成核数量，成功的实现了PANI片状花，触手，纳米纤维的制备。当使用（I）amino-Fe3O4微球时，通过引入外磁场作用，得到了PANI塔状形貌。这些PANI结构形成的薄膜展示了截然

9、不同的润湿能力，这是由于PANI维度，层级以及尺寸等