導(dǎo)電高分子在納米材料上的應(yīng)用ppt課件

.,導(dǎo)電高分子在納米材料上的應(yīng)用,1、導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的性能2、導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的制備方法3、導(dǎo)電高分子納米粒子的聚合方式4、導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的最新進(jìn)展5、展望,.,1、導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的性能,1.1導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能是導(dǎo)電高分子材料最重要的性能，因提高導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電性能一直是科學(xué)家們追求的目標(biāo)。利用納米粒子與導(dǎo)電高分子材料的復(fù)合可以顯著改善導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電性能，從而拓寬了導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域。111導(dǎo)電高分子金屬氧化物納米復(fù)合材料112導(dǎo)電高分子蒙脫土納米復(fù)合材料113導(dǎo)電高分子碳納米管復(fù)合材料114導(dǎo)電高分子稀土氧化物納米復(fù)合材料115導(dǎo)電高分子金屬鹽納米復(fù)合材料1.2導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能有機(jī)導(dǎo)電導(dǎo)磁性材料由于其優(yōu)異的性能而在諸如電池、電顯示、分子電器件、非線性光學(xué)材料、傳感器、電磁屏蔽材料和微波吸收劑等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，受到材料科學(xué)界廣泛關(guān)注。,.,1.3光學(xué)性能Michio等研究了聚苯胺、聚吡咯膜涂上TiOCdS半導(dǎo)體納米粒子后的光催化性能。在500W氙燈和500W高壓汞燈激發(fā)下對(duì)FeC13氧化為FeC1的速率做了研究，結(jié)果表明聚苯胺膜的反應(yīng)速率比聚吡咯的要大一個(gè)數(shù)量級(jí)，這是因?yàn)榫郾桨吩陔x子傳輸過程中電阻率較小。反應(yīng)機(jī)理為半導(dǎo)體粒子受光激發(fā)后，分別在導(dǎo)帶和價(jià)帶產(chǎn)生電子和空穴。它們與化合物反應(yīng)產(chǎn)生還原性和氧化性物質(zhì)，這使光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，成為處理有害物質(zhì)的一種方法。1.4生物吸附性能鄭國(guó)祥等用苯胺作還原劑還原氯金酸合成了金納米結(jié)構(gòu)。TEM實(shí)驗(yàn)表明，苯胺還原氯金酸能生成苯胺齊聚物或其聚合物包裹的金球形納米粒子。x射線光電子能譜(XPS)分析表明，金納米粒子包覆的聚合物層帶正電荷。該納米粒子能用于電極表面納米結(jié)構(gòu)組裝及氧化還原性的生物大分子的電化學(xué)研究，實(shí)現(xiàn)了超氧化物歧化酶(SOD)在這種帶正電荷的金納米粒子表面的直接電子轉(zhuǎn)移。膠體納米復(fù)合材料有著巨大的表面積，這使其作為生物吸附劑在免疫診斷上有很大的應(yīng)用價(jià)值。,.,1.5微波吸收性能吸波功能材料的研究是軍事隱身技術(shù)領(lǐng)域中的前沿課題之一，其目的是最大限度地減少或消除雷達(dá)、紅外等對(duì)目標(biāo)的探測(cè)特征。王鵬等人以十二烷基苯磺酸(DBSA)作為乳化劑和摻雜劑，通過乳液聚合的方法制備了DBSA摻雜聚苯胺蒙脫土納米復(fù)合材料，采用x射線衍射儀、傅立葉變換紅外光譜儀、四探針電導(dǎo)率儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行了初步表征。經(jīng)測(cè)量和計(jì)算發(fā)現(xiàn)，PANIMMT納米復(fù)合材料與石蠟質(zhì)量比為1：1的2nllTl厚試樣在218GHz范圍內(nèi)具有微波吸收性能，在1314GHz范圍內(nèi)反射損耗小于一10dB，在13GHz處的最大反射損耗為一103dB。1.6防腐性能強(qiáng)敏等在聚合溫度為25，蒙脫土(MMT)質(zhì)量含量為苯胺的05，過硫酸銨和苯胺的物質(zhì)量比為1：1，摻雜劑磺基水楊酸濃度為003molL的實(shí)驗(yàn)條件下，運(yùn)用插層聚合的方法制備出PANIMMT復(fù)合納米材料。電化學(xué)阻抗譜(EIS)表明：在NaC1質(zhì)量含量為35的腐蝕環(huán)境中，該復(fù)合納米材料作為冷軋鋼的涂層，耐蝕效果并不理想；與環(huán)氧樹脂面涂料配合使用，耐蝕效果明顯提高；在1molLHC1的腐蝕環(huán)境中，瀝青涂料是比環(huán)氧樹脂更好的面涂料。浸泡試驗(yàn)表明：在上述兩種腐蝕環(huán)境中，以聚苯胺，蒙脫土復(fù)合材料作為冷軋鋼的底涂料，瀝青涂料作為面涂料，45d后沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。,.,2、導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的制備方法,2.1共混法共混法操作簡(jiǎn)單但是納米粒子易團(tuán)聚，磁性粒子和導(dǎo)電聚合物在體系中難以分散均勻，復(fù)合物結(jié)構(gòu)具有不確定性。因此這種方法通常需要在共混前對(duì)納米粒子的表面進(jìn)行處理，例如，添加分散劑降低納米粒子的表面能，以改善納米粒子的分散狀況；或添加偶聯(lián)劑，可以使納米粒子和基體之間有強(qiáng)相互作用，這一相互作用可以是共價(jià)鍵結(jié)合，可以是吸附在粒子上的偶聯(lián)劑使基體聚合物的鏈段形成環(huán)狀，將納米粒子捕捉在其中，也可以是聚合物的鏈段和表面改性劑的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)互相貫穿。2.2原位生成法原位生成法是將單體(或聚合物)與金屬離子預(yù)先混合制成前驅(qū)體，金屬離子均勻穩(wěn)定地分散在單體(或聚合物)中，然后，浸在對(duì)應(yīng)組分的氣體或溶液中，使金屬離子氧化或還原形成納米粒子一聚合物復(fù)合材料。這種方法中，磁性粒子不是預(yù)先制備的，而是在反應(yīng)中直接生成的，因而磁性粒子在聚合物中分散較均勻，不容易產(chǎn)生團(tuán)聚，而且聚合網(wǎng)絡(luò)物可以有效阻止納米粒子的生長(zhǎng)。但是這種方法制備條件比較苛刻，容易引入雜質(zhì)，降低了產(chǎn)物的純度，因此這種方法的使用研究較少。2.3原位聚合法原位聚合法就是將納米顆粒與單體混合均勻，在適當(dāng)?shù)臈l件下引發(fā)單體聚合，聚合方式有懸浮聚合、分散聚合和乳液聚合(包括無皂乳液聚合、種子乳液聚合)等。,.,2.4化學(xué)電鍍法化學(xué)電鍍法是在電極表面進(jìn)行電化學(xué)氧化聚合反應(yīng)制備聚合物薄膜的方法。反應(yīng)通常在有l(wèi)、2或者3個(gè)隔槽的三電極(工作、參比和輔助電極)電化學(xué)反應(yīng)池中進(jìn)行，將單體、金屬離子、溶液和電解質(zhì)分散后，在外加電壓作用下，聚合反應(yīng)在電極表面發(fā)生并逐步推進(jìn)。這種方法可以直接制備各種功能型聚合物復(fù)合薄膜，簡(jiǎn)單實(shí)用，因此受到人們的廣泛關(guān)注。2.5溶膠凝膠法溶膠凝膠法(So1Ge1)一般分為兩步，首先將烷氧金屬或金屬鹽等前驅(qū)物有控制地水解使其生成溶膠，然后經(jīng)加熱或?qū)⑷軇┏ナ谷苣z轉(zhuǎn)化為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，對(duì)凝膠進(jìn)行高溫處理，除去溶劑等小分子，即可得到聚合物納米復(fù)合材料。2.6自組裝技術(shù)近年來，納米復(fù)合物自組裝技術(shù)已成為材料科學(xué)研究的亮點(diǎn)，它主要包括模板自組裝法、逐層自組裝法等。模板自組裝法就是以具有導(dǎo)向性的膠聯(lián)單體作為模板，由于具有疏水端和親水端的兩親分子在界面上的定向性，定向排列成為有序而均勻的復(fù)合材料的方法。自組裝法的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單、復(fù)合程度均勻、結(jié)構(gòu)可控制，這種方法是材料科學(xué)研究的前沿方法之一。,.,3、導(dǎo)電高分子納米粒子的聚合方式,3.1微乳液聚合法近年來，以表面活性劑聚集體微乳液、溶致液晶等為介質(zhì)，制備超微粒子材料已被人們所關(guān)注。以微乳液為介質(zhì)進(jìn)行聚合反應(yīng)亦已引起重視。與常規(guī)乳液聚合法相比，微乳液聚合法所得聚合物相對(duì)分子量高、反應(yīng)快、產(chǎn)物粒徑小、分布窄且結(jié)構(gòu)規(guī)整性好，被譽(yù)為制備納米粒子的“萬能方法。3.1.1正相(OW型)微乳液法3.1.2反相(WO型)微乳液法3.1.3超聲輻照微乳液聚合3.2分散聚合法分散聚合體系由單體、分散介質(zhì)、穩(wěn)定劑和引發(fā)劑等成分組成，一般以水或乙醇溶液為分散介質(zhì)，帶有親水基團(tuán)的相對(duì)分子質(zhì)量大的聚合物為分散穩(wěn)定劑，如：聚乙烯醇29-311、聚-乙烯基吡咯烷酮321、乙基(羥乙基)纖維素引。由于單體與水互溶，而聚合產(chǎn)物不溶于水，但受空間分散穩(wěn)定劑保護(hù)而不沉淀、不絮凝，從而獲得納米膠體粒子。,.,3.3無皂乳液聚合無皂乳液聚合指反應(yīng)過程中完全不加乳化劑或僅加入微量(濃度小于CMC值)乳化劑的乳液聚合過程，此時(shí)乳化劑所起的作用與傳統(tǒng)乳液聚合完全不同。乳液的穩(wěn)定性主要是通過親水性單體共聚、引發(fā)劑碎片電荷及加入離子型單體共聚來實(shí)現(xiàn)的。3.4電化學(xué)方法電化學(xué)聚合法是近年來發(fā)展起來的一類制備高聚物材料的方法，包括循環(huán)伏安法、恒電位法和恒電流法等。這種方法以電極電位作為聚合反應(yīng)的引發(fā)和反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力，在電極表面進(jìn)行聚合反應(yīng)并直接生成導(dǎo)電高分子納米粒子。顯然，電化學(xué)法所獲得的納米粒子的數(shù)量受電極面積所限，難以獲得大量的納米粒子。在硬模板徑跡蝕lJ(particletracketch)聚合物膜和多孔氧化鋁膜(AAO)等】的一面鍍上一層金屬作為陰極，在一定的電壓下，讓苯胺單體在模板內(nèi)進(jìn)行電化學(xué)聚合可以得到結(jié)構(gòu)規(guī)整的聚苯胺。3.5其他方法核殼乳液聚合應(yīng)用于導(dǎo)電聚苯胺的合成是由浙江大學(xué)的南軍義等首次提出的。他們以甲基丙烯酸甲酯(MMA)一甲基丙烯酸(MAA)一丙烯酸丁酯(BA)為摻雜劑和乳化劑，以形成球形的三元聚合物乳液液滴為核，誘發(fā)苯胺聚合，聚苯胺以殼的形式聚集在核的外圍，形成了核一殼形貌的摻雜態(tài)聚苯胺，其粒徑在100nIn左右，導(dǎo)電性和穩(wěn)定性良好，在室溫下放置近一年也不發(fā)生沉降析出現(xiàn)象。由于共聚物酸的反離子誘導(dǎo)對(duì)聚苯胺致溶，使得到的聚苯胺在環(huán)己酮、四氫呋喃等普通有機(jī)溶劑中有較好的溶解性?；瘜W(xué)法制備是目前制備方法中最經(jīng)濟(jì)也是最方便的一種方法，可以通過控制其合成工藝條件獲得納米顆粒，但其缺點(diǎn)是所用試劑容易殘留在樣品中影響顆粒的性能，顆粒呈松軟粉末狀，且溶解性能差，此外還有大量的酸性廢水排放，造成環(huán)境污染。,.,4、導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的最新進(jìn)展,4.1具有穩(wěn)定膠體形式的導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的研究導(dǎo)電高分子通常是不溶不熔的，它極大地限制了導(dǎo)電高分子的結(jié)構(gòu)表征和在技術(shù)上的廣泛應(yīng)用。因此在2O世紀(jì)8O年代后期解決導(dǎo)電高分子的可溶性和加工性，成為導(dǎo)電高分子的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。目前，科研工作者可以通過結(jié)構(gòu)修飾(衍生物、接枝、共聚)、摻雜誘導(dǎo)、乳液聚合和化學(xué)復(fù)合等方法獲得可溶性或水分散性導(dǎo)電高分子。在改善導(dǎo)電高分子的加工性方面，美國(guó)Sussex大學(xué)的Armes研究小組獨(dú)辟蹊徑，首先以無機(jī)納米微粒SiO作為分散劑制備出呈膠體狀態(tài)分散的聚苯胺納米二氧化硅(PAnSiO)的復(fù)合材料，以此改善導(dǎo)電高分子的加工性。4.2表面帶功能基團(tuán)的導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料Armes等利用膠體SiO粒子作為分散劑合成得到可以呈膠體分散的導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料，這種復(fù)合粒子的表面富含SiO粒子。Perruchotj等則先用氨丙基三乙氧基硅烷(ATS)處理SiOz粒子，隨后進(jìn)行吡咯的聚合，得到了粒子外表為聚吡咯的PPySiO。納米復(fù)合材料，并且復(fù)合粒子中聚吡咯含量隨ATS濃度的提高而提高,從而提高了材料電性能和其他性能。4.2.1表面帶有氨基的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料微粒4.2.2表面帶有羧基的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料微粒4.3具有納米形態(tài)的導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的其它合成方法除了以上所介紹的各種體系中提及的具穩(wěn)定膠體形式的合成方法外，尚有其它的合成途徑簡(jiǎn)介如下。一些無機(jī)化合物本身，或者它們經(jīng)過某些改性或活化后，可以使相應(yīng)的單體聚合。Matijevic未使用氧化劑而利用這些無機(jī)膠體粒子如CeO、經(jīng)HC1處理的口一Fe。O，合成和表征了聚吡咯與它們的膠體納米復(fù)合材料。而未經(jīng)處理的aFeO。和純SiO膠體粒子不能氧化單體進(jìn)行聚合。與采取氧化劑的反應(yīng)類似，這種自氧化得到的膠體納米復(fù)合粒子的等電點(diǎn)(IEP)差不多等于相應(yīng)的無機(jī)粒子的，表明膠體納米復(fù)合粒子在某種程度上保持了成核無機(jī)粒子的性質(zhì)。,.,4.4兼具電、磁特性的導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料磁體的性質(zhì)與其大小有關(guān)。納米磁體因其小尺寸效應(yīng)，而表現(xiàn)出與塊體磁體不同的現(xiàn)象，如超順磁性、磁致量子隧道現(xiàn)象等，因此在信息存儲(chǔ)、彩色成像、磁致冷、磁流體、細(xì)胞分離、醫(yī)學(xué)診斷、可控藥物傳輸?shù)炔煌I(lǐng)域有很高的應(yīng)用潛能。導(dǎo)電高分子如聚苯胺、聚吡咯的磁性質(zhì)在最近幾年引起人們很多的興趣。如萬梅香等人發(fā)現(xiàn)摻雜聚苯胺有很高的自旋密度。因此將磁性納米微粒與導(dǎo)電高分子的復(fù)合在納米復(fù)合材料領(lǐng)域特別引人關(guān)注，這類材料同時(shí)具有特殊磁性和電性能，可望在電磁相互作用、電致變色、傳感和驅(qū)動(dòng)技術(shù)、非線性光學(xué)體系、納米馬達(dá)中的分子工程等方面很大的應(yīng)用。4.5具有其它功能的導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料利用納米微粒合成導(dǎo)電聚合物納米復(fù)合材料的膠體形式，改善導(dǎo)電聚合物的加工性是導(dǎo)電聚合物納米復(fù)合材料研究的一個(gè)方面。利用具有光、電、磁、催化活性的無機(jī)金屬納米微粒與導(dǎo)電高分子的復(fù)合，改善導(dǎo)電高分子不同的物理性能更是導(dǎo)電高分子納米復(fù)合材料的一個(gè)重要內(nèi)容。4.5.1提高導(dǎo)電性能4.5.2介電性質(zhì)4.5.3傳感性質(zhì)4.5.4催化性能,.,5、展望,雖然結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料的納米化研究進(jìn)程只有十幾年的歷史，但是顆粒納米化后，由于同時(shí)具有導(dǎo)電高分子材料優(yōu)異的特性和納米顆粒的獨(dú)特性質(zhì)，帶來的對(duì)導(dǎo)電高分子加工性能及應(yīng)用性能的變革卻是空前的，在科學(xué)上和技術(shù)上已經(jīng)引起了人們廣泛的興趣，具有多方面的重要應(yīng)用前景，并在某些領(lǐng)域已經(jīng)取得了巨大的商業(yè)與軍事應(yīng)用價(jià)值。就近幾年的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子納米粒子研究來看，對(duì)于導(dǎo)電聚合物納米粒子的制備與應(yīng)用的研究中，仍存在著很多亟待解決的問題，例如：如何更加有效地控制高分子納米微粒的粒徑?如何使反應(yīng)體系中析出的納米粒子不發(fā)生團(tuán)聚?如何使微粒的電導(dǎo)率進(jìn)一步得到提高?納米粒子的粒徑與電導(dǎo)率之間有無定量關(guān)系?怎樣提高微粒在空氣中的懸浮穩(wěn)定性、溶解性與加工性等。相信隨著這些問題逐漸的被科研工作者解決，不遠(yuǎn)的將來會(huì)有更多有關(guān)導(dǎo)電聚合物納米粒子的產(chǎn)品呈