聚苯胺-聚酰亞胺-聚苯胺復合膜的制備及成膜機理研究.pdf

1、作為一種重要的導電高分子，聚苯胺（PANI）具有結構多樣化、獨特的質子摻雜機制、電導率可調以及環(huán)境穩(wěn)定性好等特點，在光電器件上有廣闊的應用前景。但應用中也表現(xiàn)出若干缺陷，如電導率的穩(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，得到表面質量優(yōu)異、結構均勻致密的PANUPI/PANI復合膜，為改善PANI困難的加工性提供了新方法。PI基體具有優(yōu)良的力學性能和耐熱性，PANI

2、膜有良好導電性。復合膜在有機薄膜電容器方面有潛在的用途。
　　 本課題主要從實用化和機理研究兩方面展開工作。首先，討論了PANI膜電導率的測定以及穩(wěn)定劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的穩(wěn)定機理；然后探討提高PANI膜厚度和電導率的方法；最后，研究PANI在PI基體表面原位成膜的機理，討論成膜過程和成膜的驅動力。
　　 結果：表明，復合膜表觀質量優(yōu)異，表面PANI層厚度在微納米級，與PI基體膜的粘結強度高。紫外和紅外分析證實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膜具有良好導電能力，電導率達到100～101S·cm-1數(shù)量級，接近導體的導電性。
　　 高質量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。實驗表明，采用高分子量PVP時，PANI膜質量優(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的長鏈分子結構及特殊的親水基團分布有關。機理有

4、待進一步研究。
　　 分次加入An和額外加入An，能顯著提高復合膜厚度。采用超聲波處理及用不同反應液預浸處理PI表面，能降低PI膜的憎水性，提高復合膜厚度，但是親水性太強，也不利于膜厚的增加。二次成膜可大幅提高復合膜表面PANI層的厚度，膜厚可達2000 nm。不同厚度PANI膜的電導率幾乎在同一數(shù)量級，說明膜厚與電導率沒有直接聯(lián)系。
　　 影響電導率的主要因素有PANI的氧化程度和摻雜程度。氧化劑APS對復合膜電導率影

5、響大，當APS用量增大時，膜的電導率先增后減，當，n APS:n An=5:4時制得復合膜電導率最大，可達4.6x100 S·cm-1。摻雜酸的強弱對PANI電導率也有較大影響，用酸性較強的無機酸（鹽酸）及有機酸（對甲苯磺酸）摻雜PANI，可制得高電導率的復合膜。
　　 PANI在PI基體表面的成膜過程呈三個階段：含An的結構單元（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；成長達到飽和階