聚苯胺-聚酰亞胺-聚苯胺復(fù)合膜的制備及成膜機(jī)理研究.pdf

1、作為一種重要的導(dǎo)電高分子，聚苯胺（PANI）具有結(jié)構(gòu)多樣化、獨(dú)特的質(zhì)子摻雜機(jī)制、電導(dǎo)率可調(diào)以及環(huán)境穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在光電器件上有廣闊的應(yīng)用前景。但應(yīng)用中也表現(xiàn)出若干缺陷，如電導(dǎo)率的穩(wěn)定性問題，功能的重現(xiàn)性問題，加工困難等。本課題采用苯胺的分散聚合法，在聚酰亞胺（PI）膜表面原位沉積PANI膜，得到表面質(zhì)量優(yōu)異、結(jié)構(gòu)均勻致密的PANUPI/PANI復(fù)合膜，為改善PANI困難的加工性提供了新方法。PI基體具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐熱性，PANI

2、膜有良好導(dǎo)電性。復(fù)合膜在有機(jī)薄膜電容器方面有潛在的用途。
　　 本課題主要從實(shí)用化和機(jī)理研究兩方面展開工作。首先，討論了PANI膜電導(dǎo)率的測(cè)定以及穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的穩(wěn)定機(jī)理；然后探討提高PANI膜厚度和電導(dǎo)率的方法；最后，研究PANI在PI基體表面原位成膜的機(jī)理，討論成膜過程和成膜的驅(qū)動(dòng)力。
　　 結(jié)果：表明，復(fù)合膜表觀質(zhì)量優(yōu)異，表面PANI層厚度在微納米級(jí)，與PI基體膜的粘結(jié)強(qiáng)度高。紫外和紅外分析證實(shí)PA

3、NI膜為摻雜態(tài)PANI，膜中不含有高分子表面活性劑PVP。PANI膜具有良好導(dǎo)電能力，電導(dǎo)率達(dá)到100～101S·cm-1數(shù)量級(jí)，接近導(dǎo)體的導(dǎo)電性。
　　 高質(zhì)量PANI膜的獲得與采用高分子表面活性劑PVP作為空間穩(wěn)定劑有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，采用高分子量PVP時(shí)，PANI膜質(zhì)量優(yōu)異，而低分子量PVP以及小分子表面活性劑不能很好地穩(wěn)定PANI成膜。說明高分子量PVP的穩(wěn)定作用與高分子量PMP的長鏈分子結(jié)構(gòu)及特殊的親水基團(tuán)分布有關(guān)。機(jī)理有

4、待進(jìn)一步研究。
　　 分次加入An和額外加入An，能顯著提高復(fù)合膜厚度。采用超聲波處理及用不同反應(yīng)液預(yù)浸處理PI表面，能降低PI膜的憎水性，提高復(fù)合膜厚度，但是親水性太強(qiáng)，也不利于膜厚的增加。二次成膜可大幅提高復(fù)合膜表面PANI層的厚度，膜厚可達(dá)2000 nm。不同厚度PANI膜的電導(dǎo)率幾乎在同一數(shù)量級(jí)，說明膜厚與電導(dǎo)率沒有直接聯(lián)系。
　　 影響電導(dǎo)率的主要因素有PANI的氧化程度和摻雜程度。氧化劑APS對(duì)復(fù)合膜電導(dǎo)率影

5、響大，當(dāng)APS用量增大時(shí)，膜的電導(dǎo)率先增后減，當(dāng)，n APS:n An=5:4時(shí)制得復(fù)合膜電導(dǎo)率最大，可達(dá)4.6x100 S·cm-1。摻雜酸的強(qiáng)弱對(duì)PANI電導(dǎo)率也有較大影響，用酸性較強(qiáng)的無機(jī)酸（鹽酸）及有機(jī)酸（對(duì)甲苯磺酸）摻雜PANI，可制得高電導(dǎo)率的復(fù)合膜。
　　 PANI在PI基體表面的成膜過程呈三個(gè)階段：含An的結(jié)構(gòu)單元（包括An鹽酸鹽、陽離子自由基及其低聚體）在PI基體表面吸附成核階段；膜快速成長階段；成長達(dá)到飽和階