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导电聚合物复合材料的制备和吸波性能

作　者: 李颜海
导　师: 韩喜江
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 聚苯胺 聚吡咯 化学氧化聚合法 复合材料 吸波性能
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


关于导电聚合物的吸波性能,目前的研究主要集中在以下几方面:(1)对导电聚合物的结构和形貌进行改进和控制;(2)将导电聚合物与磁损耗型的无机材料(磁性金属、铁氧体、磁性氧化物)进行复合,从而在电损耗和磁损耗两方面上提高吸波性能;(3)制备不同导电聚合物单体间的共聚物,从而完善导电聚合物的介电性能。但对于不同导电聚合物间复合的吸波性能和机理的研究和报道还比较少。本课题以聚苯胺和聚吡咯两种典型的导电聚合物为基础,通过不同溶液体系下的化学氧化聚合,制备不同形貌的具有核壳结构的导电聚合物复合材料。并通过红外光谱(FT-IR)分析,紫外-可见光谱(UV-Vis)分析,扫描电子显微镜(SEM)分析,四探针测试仪和网络矢量分析仪对材料进行表征和吸波性能研究。在盐酸体系中以十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)为表面活性剂,过硫酸铵(APS)为氧化剂制备的聚吡咯前躯体为200 nm左右的小球组成的空间骨架结构,经过与聚苯胺复合得到的导电聚合物复合材料(PPy-PANI)仍然保留了聚吡咯的空间骨架结构,其复合机理属于物理复合,聚吡咯含量为80 wt.%的复合材料最大吸收强度为43 dB;聚吡咯含量为60 wt.%的复合材料的大于10 dB的频带宽度最大为5.5 GHz。在氯化亚铁(FeCl2)溶液体系中,以过氧化氢(H2O2)为氧化剂制备的聚吡咯前躯体为粒径大小在300 nm左右的规则小球,粒径均匀,分散性好,无交联,表面光滑。经过与苯胺复合后,得到的复合材料(PPy-PANI)仍然为规则小球,分散性好,复合机理仍然属于物理复合。经过复合后材料的吸波性能明显改善,最大吸收强度由纯聚吡咯的几乎为零,增加到了-9 dB。可溶性聚合物P123体系中制备的聚吡咯随着P123浓度的增加粒径减小,且在相同条件下,随着反应时间的增加堆积密度减小。介电损耗性能显示,聚吡咯含量为60 wt.%的复合材料在3 GHz、8 GHz处分别出现了明显的自然共振峰。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-23
  1.1 吸波材料简介  10-12
    1.1.1 按功能分类  10-11
    1.1.2 按吸波原理分类  11-12
    1.1.3 按吸波剂对电磁波的损耗机理分类  12
  1.2 导电高分子材料研究的国内外现状  12-13
  1.3 导电聚合物的制备方法  13-15
    1.3.1 化学氧化聚合法  13-15
    1.3.2 电化学聚合法  15
    1.3.3 其它方法  15
  1.4 导电聚合物的特性  15-17
    1.4.1 导电性  15-16
    1.4.2 光电性质及非线性光学性质  16
    1.4.3 电致变色性  16-17
  1.5 聚苯胺的应用前景  17-19
    1.5.1 电磁屏蔽和抗静电材料  17
    1.5.2 金属的腐蚀  17-18
    1.5.3 电化学催化剂载体  18
    1.5.4 二次电池  18
    1.5.5 生物传感器  18
    1.5.6 气敏元件  18
    1.5.7 储能元件  18-19
  1.6 导电聚合物的分类和导电机理  19
  1.7 导电聚合物的吸波机理  19-21
  1.8 课题研究的主要内容和研究方法  21-23
    1.8.1 主要研究内容  21
    1.8.2 导电聚合物复合材料的制备  21-22
    1.8.3 导电聚合物复合材料的表征和性能研究  22-23
第2章 实验材料及实验方法  23-28
  2.1 实验材料  23-24
    2.1.1 实验所用试剂  23-24
    2.1.2 实验仪器  24
  2.2 材料的制备  24-26
    2.2.1 酸性条件下聚吡咯的制备  24-25
    2.2.2 聚吡咯纳米球的制备  25
    2.2.3 可溶性聚合物体系中聚吡咯的制备  25
    2.2.4 聚苯胺的制备  25
    2.2.5 导电聚合物复合材料(PPy-PANI)的制备  25-26
  2.3 材料表征  26-28
    2.3.1 红外光谱（FT-IR）分析  26
    2.3.2 紫外-可见光谱（UV-Vis）分析  26-27
    2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)分析  27
    2.3.4 微波矢量网络电磁参数扫频测量  27-28
第3章 酸性体系中导电聚合物及其复合材料的制备及其吸波性能  28-41
  3.1 引言  28
  3.2 导电聚苯胺和聚吡咯的制备和表征  28-30
    3.2.1 聚吡咯的制备和表征  28-29
    3.2.2 聚苯胺的制备和表征  29-30
  3.3 导电聚合物复合材料(PPy-PANI)的制备和表征  30-31
    3.3.1 导电聚合物复合材料(PPy-PANI)的表征  30-31
  3.4 导电聚合物复合材料复合机理研究  31-34
    3.4.1 导电聚合物复合材料(PPy-PANI)红外光谱  31-32
    3.4.2 导电聚合物复合材料的紫外光谱  32-33
    3.4.3 导电聚合物复合材料与共聚材料的红外对比  33-34
  3.5 导电聚合物及其复合材料的电磁性能和吸波性能研究  34-39
    3.5.1 复合材料的电导率测试  34-35
    3.5.2 酸性体系中导电聚合物复合材料的介电损耗和吸波性能研究  35-39
  3.6 本章小结  39-41
第4章 氯化亚铁溶液体系中导电聚合物复合材料的制备及其吸波性能  41-50
  4.1 引言  41
  4.2 聚吡咯纳米球的制备和表征  41-42
    4.2.1 聚吡咯纳米球的表征  41-42
  4.3 球形聚吡咯-聚苯胺复合材料(PPy-PANI)的制备和表征  42-45
    4.3.1 球形聚吡咯-聚苯胺复合材料(PPy-PANI)的表征  42-45
  4.4 导电聚合物复合材料的吸波性能研究  45-48
  4.5 本章小结  48-50
第5章 可溶性聚合物体系中导电聚合物复合材料的制备及其吸波性能  50-57
  5.1 引言  50
  5.2 可溶性聚合物体系中制备聚吡咯前躯体的条件优化  50-53
    5.2.1 聚乙烯醇中导电聚合物复合材料的制备  50-51
    5.2.2 可溶性聚合物P123 体系中聚吡咯的制备  51-53
  5.3 P123 体系中PPy-PANI复合材料的制备和介电性能研究  53-55
    5.3.1 P123 体系中制备的PPy-PANI复合材料的介电性能测试  53-55
  5.4 本章小结  55-57
结论  57-58
参考文献  58-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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