聚苯胺電磁屏蔽復(fù)合材料的電化學(xué)制備和機理研究.pdf

1、聚苯胺(PANI)作為一種重要的導(dǎo)電聚合物，具有電導(dǎo)率可調(diào)、易于制備、環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是具有實際應(yīng)用前景的導(dǎo)電聚合物之一。但是由于單一的PANI導(dǎo)電率有限、不溶不熔以及難以加工成型。本研究主要通過與高聚物復(fù)合來改善其加工成型性，利用混酸摻雜以及與金屬復(fù)合來提高其電導(dǎo)，得到的高導(dǎo)電率的復(fù)合膜應(yīng)用于電磁屏蔽等領(lǐng)域。此工作包含以下三方面:
　　 1)采用電化學(xué)方法在PVA支撐膜上制備硫酸和磺基水楊酸酸(SSA)共摻雜的導(dǎo)電PANI

2、復(fù)合膜，研究了在其上繼續(xù)沉積銀的最佳工藝條件;并就拉伸對此系列復(fù)合膜電導(dǎo)率的影響及復(fù)合膜力學(xué)性能進行研究。采用傅立葉變換紅外光譜、X衍射、掃描電鏡對復(fù)合膜進行表征。結(jié)果表明:PVA膜上復(fù)合PANI的最優(yōu)電導(dǎo)率為22.72S·cm-1;繼續(xù)復(fù)合銀后復(fù)合膜電導(dǎo)為1355S·cm-1，最優(yōu)條件制備的PVA/PANI和PVA/PANI/Ag復(fù)合膜經(jīng)拉伸其電導(dǎo)率分別提高20.74％和18.04％，展現(xiàn)出較優(yōu)異的力學(xué)性能。紅外光譜表明SSA和硫酸已

3、經(jīng)摻雜到聚苯胺中。復(fù)合膜具有一定的結(jié)晶度，經(jīng)拉伸后復(fù)合膜結(jié)晶度增大。PVA/PANI復(fù)合膜微觀上呈纖維狀，Ag呈針狀鑲嵌、覆蓋在PVA/PANI復(fù)合膜纖維上和纖維間，形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
　　 2)采用電化學(xué)方法在PTFE支撐膜上制備硫酸和磺基水楊酸酸(SSA)共摻雜的導(dǎo)電PANI復(fù)合膜，研究了在其上繼續(xù)沉積銀的最佳工藝條件;并就拉伸和熱處理對此系列復(fù)合膜電導(dǎo)率及力學(xué)性能進行了研究。采用拉曼光譜、掃描電鏡、熱重、X射線衍射、紅外等

4、手段對復(fù)合膜進行表征，并研究了其電磁屏蔽性能。結(jié)果表明:在PTFE膜上復(fù)合PANI的最佳電導(dǎo)率可達36.9S·cm-1，繼續(xù)復(fù)合銀的最優(yōu)電導(dǎo)率為5379S·cm-1，最優(yōu)條件制備的PTFE/PANI和PTFE/PANI/Ag復(fù)合膜經(jīng)拉伸電導(dǎo)率分別提高19.74％和38.33％，展現(xiàn)出較優(yōu)異的力學(xué)性能。PTFE/PANI復(fù)合膜經(jīng)80℃～180℃內(nèi)熱處理，在空氣和真空氛圍中電導(dǎo)率都下降，PTFE/PANI/Ag復(fù)合膜在空氣氛圍中經(jīng)熱處理電導(dǎo)

5、率下降，兩種復(fù)合膜的強度不變，延展性降低;PTFE/PANI/Ag復(fù)合膜在真空氛圍中經(jīng)120℃熱處理電導(dǎo)提高最顯著，膜的力學(xué)強度也有所提高，但延展性降低。拉曼光譜表明PTFE/PANI與銀復(fù)合良好。PANI在PTFE上呈球粒狀均勻生長，Ag呈樹枝狀鑲嵌、覆蓋在PANI顆粒間。PTFE系列復(fù)合膜在區(qū)間100℃～160℃是穩(wěn)定的。復(fù)合膜有一定的結(jié)晶度，經(jīng)拉伸后，復(fù)合膜結(jié)晶度增大，經(jīng)180℃熱處理復(fù)合膜的結(jié)晶度降低。紅外譜圖研究表明PTFE/

6、PANI復(fù)合膜經(jīng)175℃熱處理PANI結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。PTFE/PANI復(fù)合膜的屏蔽效能為16dB～24dB，PTFE/PANI/Ag復(fù)合膜的屏蔽效能為35dB～70dB。
　　 3)采用循環(huán)伏安法研究在PVA和PTFE支撐膜上PANI和銀的復(fù)合機理，設(shè)計了復(fù)合膜的導(dǎo)電模型及屏蔽機理模型，解釋了復(fù)合膜的導(dǎo)電機理及屏蔽機理，并采用循環(huán)伏安和交流阻抗對4種復(fù)合膜的電磁屏蔽機理進行研究。循環(huán)伏安法表明在PVA支撐膜上單一硫酸摻雜更容易，

7、但穩(wěn)定性不如共摻雜的;并在其上復(fù)合銀時不會導(dǎo)致聚苯胺的脫摻雜。而在PTFE支撐膜上共摻雜更容易些，但單一硫酸摻雜的PANI穩(wěn)定性好些;在其上復(fù)合銀時也不會導(dǎo)致PANI電導(dǎo)降低。導(dǎo)電模型說明PANI在支撐膜上隨著時間的延長相互連接，形成導(dǎo)電通路，銀鑲嵌和覆蓋在聚苯胺間與聚苯胺形成三維網(wǎng)絡(luò)通路。屏蔽模型說明PANI/Ag復(fù)合膜由于銀層的覆蓋以及銀粒子鑲嵌，使復(fù)合膜的電導(dǎo)和厚度致密性均較PANI復(fù)合膜大，導(dǎo)致其對電磁波的反射和吸收增強，屏蔽效