聚吡咯纳2f微米结构的制备和表征-(6124)

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1、硕士学位论文第1章绪论1.1导电聚合物1.1.1导电聚合物的研究概况导电聚合物是人工合成的一类具有类似金属的导电性同时又保留了传统聚合物的机械性能和可加工性的有机聚合物，又称为本征导电聚合物(intrinsicallyconductingpolymer)或合成金属(syntheticmetal)。它们不同于常见的绝缘体聚合物与导电金属颗粒或碳粉复合而成的复合型导电聚合物材料，其导电性能是本身所固有的。许多导电聚合物早在十七世纪就已经被合成出来，但是它们的导电性和其它有趣的特性并没有被人们发现。1

2、976年，日本化学家H.Shirakawa，美国[1]化学家A.G.MacDiarmid和物理学家A.J.Heeger三位科学家在美国发现用碘-93掺杂的聚乙炔其导电率由原来的10S/cm(绝缘体)变为10S/cm(导体)，而且伴随着掺杂过程聚乙炔薄膜的颜色也由银灰色转变为具有金属光泽的金黄色，这一发现打破了有机聚合物不导电的传统观念，宣告了导电聚合物的诞生。鉴于H.Shirakawa、A.G.MacDiarmid和A.J.Heeger在导电聚合物的发现和发展方面的杰出贡献，瑞典皇家科学院将20

3、00年诺贝尔化学奖授予这三位科学家。通常有机高分子材料主要是由碳、氢、氧、硫、氮组成，其结构多为饱和的共价键，没有如金属般的自由电子，而导电聚合物主链是由共轭π键构成，经过化学和电化学等方法掺杂后该聚合物的导电性能明显提高，其导电机理和分子结构与有机电荷转移复合物、有机硅及离子导电聚合物有明显的区别，具有独特的物理及化学特性。有机聚合物的电学性质由绝缘体向导体转变，对有机聚合物的基础理论的研究具有重要的意义，也促进了有机固体学科的建立和发展。1979年，Diaz和Kanazawa等人利用电化学氧

4、化吡咯单体在电极表面形成导电性聚吡[2]咯(polypyrrole，PPy)膜，由于其具有特殊的结构和优异的物理化学性能，大大激发了人们对有机导电高分子的研究热情，很快发展了聚苯胺(polyaniline，PANI)、聚噻吩(polythiophene,PTH)、聚对苯(PPP)等导电高分子，如表1.1所示。这类导电高分子是一种具有大π键的共轭大环聚合物，其长程共轭性决定了这类聚合物刚性的链结构，通常不溶、不熔。这类导电高分子通过掺杂，导电率可提-123高十几个数量级，由掺杂前的10S/cm增加

5、至10S/cm，甚至更高，通过调整掺杂度可以形成导体、半导体、和绝缘体。在众多的导电聚合物中，PPy因其合成[3]方便，空气稳定性好而大受青睐。而且，PPy表现出丰富多变的电化学性能，吸引了众多电化学家。[4]自从Lijima教授首次发现碳纳米管以来，一维纳米材料，例如空心纳米管-1-聚吡咯纳/微米结构的制备和表征(nanotube)，实心纳米线(nanowireornanofiber)和纳米带(nanobeltornanoribbon)，以其独特的物理性质己经发展成为一个新兴的研究领域。一维导

6、电聚合物纳米结构同时拥有有机导体和低维纳米结构的优点，它在高分子导线，化学传感器或驱动器，气体分离膜等方面均有着潜在的应用，因此，导电聚合物纳米结构的研究与开发已经引起了人们广泛的兴趣。表1.1典型的导电聚合物Table1.1Typicalconductingpolymer最高电导率名称分子结构S/cmPolyacetylene2CHCH10PAnPolypyrrole310NnPPyHPolyaniline2NNNHNH10PAny1-ynPolythiophene310PThSnPoly-p

7、aro-phenylene210PPPn1.1.2导电聚合物的分类导电聚合物主要包括电荷转移型聚合物和共轭体系聚合物：(1)电荷转移型聚合物主要包括：a)含金属络合物的聚合物，如聚酞菁铜，电导率5.0S/cm；b)非离子型电荷转移型聚合物，它是由电子给体型聚合物及其衍生物和作为电子受体的小分子组成，如聚芘乙烯的复合物；c)离子自由基盐聚合-8物，如用碘掺杂的聚2-乙烯咔唑，用碘掺杂的聚2-乙烯吡啶，电导率为10-10.0S/cm。(2)共轭体系聚合物主要包括：a)线型脂肪族，如聚氮化硫(SN)n

8、；b)不含杂原子的共轭芳香族，如聚对苯撑乙烯；c)含杂原子芳香族：如聚吡咯、聚噻吩及其衍生物；d)链上含杂原子的共轭聚合物，如聚苯胺及其衍生物。1.2PPy的结构PPy的化学结构是吡咯环的2,5偶联，它是一种半结晶的高分子，在晶体中-2-硕士学位论文[5]相邻的吡咯环的排列方式不同，因而两个吡咯环构成一个重复单元，如图1.1所示：HHHNNNNHNHNH图1.1PPy的分子结构Fig.1.1MolecularstructureofPPy[6]图1.2PPy分子中的π键和σ键Fig.1.2πbon