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原位聚合静电纺丝芯层乙撑二氧噻吩制备电活性复合材料

作　者: 许庆蕾
导　师: 封伟
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 聚乙烯醇 聚乙撑二氧噻吩 乳液静电纺丝 纳米反应器 电子传输
分类号: TQ342.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)因其高电导率及环境稳定性而成为最有发展前景的导电聚合物之一,其高的电子传输能力使其在传感器领域具有很好的应用。纳米结构的PEDOT具有更优异的性能。本文将静电纺丝方法和纳米反应器聚合思想结合起来制备了纳米结构的聚乙烯醇(PVA)/PEDOT电活性复合材料。具体方法为首先对PVA/EDOT乳液进行乳液电纺,得到芯壳型纤维,EDOT位于芯层,然后进行芯层的聚合,得到PVA/PEDOT复合材料。首先确定了本体系的最佳静电纺丝工艺。纺丝用乳液显微镜照片的分析、透射电镜及扫描电镜分析共同确定了本实验体系的合适乳化剂为十二烷基硫酸钠(SDS),幷对SDS、EDOT及PVA的浓度对乳液状态及纺丝纤维的影响进行了研究。在保证可纺性及最终产物性能最佳的前提下,确定了最佳的纺丝条件为:3 g/LSDS,45% EDOT,7% PVA。在此条件下成功制备了芯壳型纳米纤维,芯壳型结构主要包括两种:大部分的芯壳型纺锤状结构及小部分的芯壳型均匀纤维。纤维的平均直径为450 nm,纺锤状结构芯层直径为750 nm,壳层厚度为75 nm,均匀纤维的芯层直径为320 nm。用氯气进行了芯层EDOT的聚合,红外光谱证实了PEDOT的存在,紫外可见吸收光谱证明所得PEDOT为掺杂态,说明氯气在EDOT的聚合中同时作为氧化剂和掺杂剂。首次实现了在纺丝纤维壳层所构成的纳米反应器中的聚合。最终膜修饰电极对铁氰化钾氧化还原反应催化作用的循环伏安测试及其对过氧化氢的计时安培响应测试均证明氯气处理后的膜具有电子传输能力。所制备的复合材料综合了PVA的生物相容性及PEDOT的电性能,有望用于生物传感器领域。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-24
  1.1 引言  8
  1.2 纳米材料特性  8-9
  1.3 高分子基纳米复合材料的制备  9-15
    1.3.1 纳米反应器聚合法  9-12
    1.3.2 静电纺丝法  12-15
  1.4 导电聚合物  15-18
    1.4.1 导电聚合物简介  15
    1.4.2 电子导电聚合物  15-16
    1.4.3 几种重要的导电聚合物  16-18
  1.5 聚乙撑二氧噻吩  18-22
    1.5.1 乙撑二氧噻吩的特点  19
    1.5.2 乙撑二氧噻吩的聚合方法  19-20
    1.5.3 聚乙撑二氧噻吩的应用  20
    1.5.4 纳米结构聚乙撑二氧噻吩的合成  20-22
  1.6 聚乙烯醇  22-23
    1.6.1 聚乙烯醇的性质及应用  22
    1.6.2 聚乙烯醇的静电纺丝  22-23
  1.7 课题的提出  23-24
第二章 静电纺丝制备乙撑二氧噻吩/聚乙烯醇芯壳结构  24-51
  2.1 引言  24
  2.2 实验原料及仪器  24-25
    2.2.1 实验原料  24-25
    2.2.2 实验仪器  25
  2.3 实验方法  25-26
    2.3.1 乙撑二氧噻吩的蒸馏  25
    2.3.2 纺丝液的配制  25-26
    2.3.3 静电纺丝  26
  2.4 具体实验方案  26-29
    2.4.1 乳化剂种类对聚乙烯醇溶液表面张力的影响  26
    2.4.2 乳化剂种类对聚乙烯醇-乙撑二氧噻吩混合溶液表面张力的影响  26
    2.4.3 十二烷基硫酸钠浓度对聚乙烯醇溶液表面张力的影响  26
    2.4.4 十二烷基硫酸钠浓度对聚乙烯醇-乙撑二氧噻吩混合溶液表面张力的影响  26-27
    2.4.5 乳化剂种类对乳液微观形貌的影响  27
    2.4.6 乳化剂种类对乳液稳定性的影响  27
    2.4.7 十二烷基硫酸钠浓度对乳液微观形貌的影响  27
    2.4.8 乙撑二氧噻吩浓度对乳液微观形貌的影响  27
    2.4.9 乳化剂HLB 值与乙撑二氧噻吩所需HLB 值的匹配性的研究  27
    2.4.10 乳化剂种类对聚乙烯醇纤维形貌的影响  27-28
    2.4.11 乳化剂种类对聚乙烯醇-乙撑二氧噻吩混合体系纺丝纤维形貌的影响  28
    2.4.12 十二烷基硫酸钠浓度对聚乙烯醇纤维形貌的影响  28
    2.4.13 十二烷基硫酸钠浓度对聚乙烯醇-乙撑二氧噻吩混合体系纺丝纤维形貌的影响  28
    2.4.14 聚乙烯醇浓度对聚乙烯醇-乙撑二氧噻吩混合体系纺丝纤维形貌的影响  28
    2.4.15 乙撑二氧噻吩浓度对聚乙烯醇-乙撑二氧噻吩混合体系纺丝纤维形貌的影响  28-29
  2.5 表征测试  29-30
    2.5.1 表面张力的测定  29
    2.5.2 乳液微观形貌的观察  29
    2.5.3 乳化剂HLB 值与乙撑二氧噻吩所需HLB 值的匹配性的测定  29
    2.5.4 扫描电子显微镜测试  29
    2.5.5 透射电子显微镜测试  29
    2.5.6 拉伸强度测试  29-30
  2.6 结果与讨论  30-50
    2.6.1 表面张力测试  30-31
    2.6.2 纺丝用乳液光学显微镜分析  31-37
    2.6.3 乳化剂HLB 值与乙撑二氧噻吩所需HLB 值的匹配性的研究  37-38
    2.6.4 扫描电子显微镜分析  38-43
    2.6.5 透射电子显微镜分析  43-49
    2.6.6 拉伸性能测试  49-50
  2.7 本章小结  50-51
第三章 原位聚合静电纺丝纤维芯层乙撑二氧噻吩  51-67
  3.1 引言  51-52
  3.2 实验原料及仪器  52-53
    3.2.1 实验原料  52
    3.2.2 实验仪器  52-53
  3.3 实验方法  53
    3.3.1 铂电极的预处理及 EDOT/PVA 芯壳纤维修饰铂电极的制备  53
    3.3.2 氯气的制备及乙撑二氧噻吩的氧化聚合  53
  3.4 表征测试  53-54
    3.4.1 红外吸收光谱测试  53
    3.4.2 紫外可见吸收光谱测试  53-54
    3.4.3 扫描电子显微镜分析  54
    3.4.4 透射电子显微镜分析  54
    3.4.5 力学性能测试  54
    3.4.6 X 射线衍射分析测试  54
    3.4.7 电化学测试  54
  3.5 结果与讨论  54-66
    3.5.1 傅立叶转换红外吸收光谱分析  54-56
    3.5.2 紫外可见吸收光谱分析  56-57
    3.5.3 扫描电子显微镜分析  57-59
    3.5.4 X 射线能谱分析  59-60
    3.5.5 透射电镜分析  60-61
    3.5.6 力学性能分析  61-62
    3.5.7 X 射线衍射分析  62-63
    3.5.8 电化学分析  63-66
  3.6 本章小结  66-67
第四章 全文结论  67-68
参考文献  68-74
发表论文及参加科研情况  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 化学纤维工业 > 合成纤维 > 聚乙烯醇系纤维 > 聚乙烯醇纤维
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