富勒烯微納米纖維及其聚苯胺復合材料的制備.pdf

1、近年來富勒烯分子與導電高分子復合材料的研究日趨活躍，成為材料科學的研究熱點之一。有關制備富勒烯分子與導電高分子復合材料的研究目前主要集中在利用C60富勒烯的粉末或碳納米管通過化學氧化法或者原位聚合法制備其導電高分子復合材料。由于C60富勒烯微納米纖維(fullerene micro/nano fibers,FM/NFs)具有一系列獨特的物理化學性能，如電子受體性質(zhì)、光學各向異性、力學性能和適當有機溶劑中的溶解性等，所以研究C60FM/N

2、Fs和導電高分子復合材料具有重要的研究價值。
　　本論文中，首先利用液-液界面析出法(liquid-liquid interfacial precipitation，LLIP)分別在甲苯-異丙醇（isopropyl alcohol，IPA）和N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)-IPA體系中制備C60 FM/NFs和C60/C70 FM/NFs。通過紅外光譜（Fourier transfo

3、rm infrared spectroscopy, FT-IR）對C60 FM/NFs和C60/C70 FM/NFs組分進行了表征。光學顯微鏡學(optical microscopy, OM)和掃描電子顯微鏡學(scanning electron microscopy, SEM)分析發(fā)現(xiàn)在甲苯-IPA體系下，C60-甲苯飽和溶液與IPA體積比為1∶1時制備的C60 FM/NFs，尺寸在20-30μm，直徑為0.3-1.0μm，具有高的長

4、徑比，分布均勻。且由于C60/C70 FM/NFs并沒有出現(xiàn)完全均勻的一維形貌，本文選用C60 FM/NFs制備復合材料。
　　本論文中，首次利用C60 FM/NFs的母液與化學氧化法制備的本征態(tài)聚苯胺(polyaniline emeraldine base，PANI-EB)的NMP溶液通過直接超聲混合法制備得到了C60 FM/NFs/PANI復合材料。通過OM和SEM分析發(fā)現(xiàn)C60 FM/NFs/PANI復合材料具有波紋狀的形貌

5、。利用C60 FM/NFs在甲苯中可溶而PANI不溶的性質(zhì)，對C60 FM/NFs/PANI復合材料進行了甲苯洗滌處理。透射電子顯微鏡學（transmission electron microscopy, TEM）分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)甲苯洗滌后C60FM/NFs/PANI復合材料由實心波紋結(jié)構(gòu)變成空心管狀的波紋形貌，且由選區(qū)電子衍射圖（selected area electron diffraction，SAED）得知其為無定形態(tài)。通過FT-IR

6、光譜和熱失重(thermo-gravimetry, TG)分析發(fā)現(xiàn)這種特殊空心管狀的波紋形貌中已不含有C60分子，只保留PANI分子。通過紫外-可見光光譜(ultraviolet-visiblespectroscopy, UV-Vis)分析甲苯洗滌C60 FM/NFs/PANI復合材料過程中的上層液體發(fā)現(xiàn)，隨著洗滌次數(shù)和洗滌時間的增加，C60在上層液體中的濃度逐漸減少，最后幾乎減少到零。這說明C60 FM/NFs在反應中起到了可方便移除

7、模板的作用。
　　對于C60 FM/NFs從C60 FM/NFs/PANI復合材料中的完全脫出，猜測C60FM/NFs和PANI之間并沒有發(fā)生傳統(tǒng)意義上的C60與PANI分子間電荷轉(zhuǎn)移絡合反應。為了進一步證明上述推測，對富勒烯C60、PANI-EB以及C60 FM/NFs/PANI復合材料進行了UV-Vis光譜分析，發(fā)現(xiàn)C60 FM/NFs/PANI的UV-Vis光譜曲線與富勒烯C60和PANI-EB兩條曲線擬合的曲線基本一致，并