聚苯胺复合材料性能研究范文

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《辽宁化工杂志》2015年第三期

1结构表征

红外光谱测试采用美国PerkinElmer公司的SpectrumoneNTS傅里叶变换红外光谱仪，扫描波数500~4000cm-1；导电性测试经769-YP15A粉末压片机压片后，采用广州四探针科技有限公司的RTS-8型四探针测试仪；热分析采用北京恒久科学仪器厂的HCT-2型微机差热天平，升温速度10℃/min，升温范围20~700℃。

2结果与讨论

2.1红外光谱分析红外谱图中1a中，828cm-1为苯环中C-C弯曲振动特征吸收峰；1296cm-1，1243cm-1的特征吸收峰分别为连接苯环-醌环，苯环-苯环的N-H伸缩振动吸收峰；1590cm-1处的特征吸收峰为醌环的伸缩振动吸收峰；3414cm-1为N-H伸缩振动特征吸收峰；这与文献所给出的导电态PANI的各基团的特征吸收峰基本一致，表明确已合成了PANI。

2.2导电性为了测试不同Fe2O3的含量对PANI复合体系导电性能的影响，混合一定量的PANI和Fe2O3，使Fe2O3占复合物总量的10％、20％、30％、40％、50％，得到了PANI/Fe2O3复合体系，如表1所示。从表1可以看出，随着Fe2O3含量的增加，复合材料的电导率呈现先增加后减小的趋势。当Fe2O3含量达到20%时，复合体系的电导率达到了最大值。随后复合体系的电导率随着Fe2O3含量的进一步增加而下降。对于PANI复合物，其宏观导电性由聚苯胺的共轭程度和链间的堆积方式决定[7]。Fe2O3掺杂量过少时，Fe2O3和PANI不能有效的发生作用。随着加入量增多，Fe2O3进入PANI晶格，内部互相交联成网络，形成导电网络，而且Fe2O3的加入会提高PANI分子链的规整程度，从而提高复合物的导电性能。当掺杂量逐渐增加，超过临界点（即阈值），过多的掺杂剂破坏了晶格的整体性，这样也就破坏了导电通路，进而导致复合体系的电导率降低。

2.3热稳定性图2中按由上至下的顺序为TE线(℃)，TG线(mg)和DTA线(mv/min)。从TG曲线来看，PANI在温度不太高时热稳定性很好，在100℃附近的微小失重主要是由吸附在表面的水分子解析过程造成[8]。在150℃附近的热失重主要是与分子链之间的脱氢。当温度达到250℃时左右，TG线开始明显下降，这应当主要是聚苯胺的结构热分解[9]。当温度达到600℃时，PANI基本完全分解。DTA曲线中峰的面积正比于试样的质量，在掺杂量为20%时热稳定性最好，然后随着含量的继续增加，热稳定性逐渐降低。这可能是由于Fe2O3的加入提高PANI分子链的规整程度并且巩固了PANI的晶型结构，使其更完整，这样增强了其热稳定性。而随着Fe2O3含量的增加，PANI的刚性结构受到一定的破坏，整体分子趋于松散化，从而使它的热稳定性略有所下降，这与前面的电导率变化一致。

3结论

聚苯胺红外谱图分析，证明了已合成聚苯胺。复合物的红外谱图比本征态的红外谱图均有不同程度的向低波方向移动。这可能是由于铁氧化物的加入使得聚合物大分子链上的电子云密度增大，可以看出铁氧化物的掺杂对聚苯胺起到了一定的作用，但由于作用力小，所以位移效果不明显。电导率测试证明Fe2O3的加入改善了聚苯胺的电导性能，当Fe2O3含量达到20%时，复合体系的电导率达到了最大值，而且只有在Fe2O3掺杂量适当的时候，才能形成良好的导电网络并且不破坏聚苯胺的晶格结构。热分析中表明，聚苯胺在温度不太高时热稳定性很好，当温度达到600℃时，聚苯胺基本完全分解。而经铁氧化物掺杂后，聚苯胺的热稳定性得到了一定的改善。而且复合物的热稳定性变化趋势基本和电导性能的变化趋势一致。

作者：宋襄翎张欣李红单位：沈阳理工大学化工学院东北大学材料冶金学院辽宁省分析科学研究院