探析高分子诱导法电化学制备聚吡咯纳米线

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1、天津大学博士学位论文高分子诱导法电化学制备聚吡咯纳米线姓名：葛东涛申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：王世昌20030501摘要聚毗咯具有稳定性好、掺杂后导电性高等优点。但由于其在通常情况下不易溶解和熔化，加工性能差，限制了它的应用。目前用于改善导电聚合物加工性的方法主要有取代法和掺杂法两种，但这两种方法均以牺牲导电聚合物的导电性为代价。理想的方法是使导电聚合物在制备过程中直接形成某种特定形状，而不是在制备之后再改善其加工性能。聚吡咯纳米线正是在这一思想指导下直接形成的一种一维纳米材料，它兼具

2、导电聚吡咯和一维纳米材料的共同优点，是当前纳米材料领域备受瞩目的研究课题之一。但是，现有的制备聚毗咯纳米线的方法通常具有成本高、产率低、操作复杂、所需制各时间长等缺点。在这样的背景下，本研究对聚吡咯纳米线的制备方法进行了新的探索。论文工作主要包括以下内容：从高分子诱导物与吡咯单体之间的化学作用出发，提出可溶性高分子诱导制各聚吡咯纳米线的新概念，并在这一概念的指导下，采用电化学聚合法分别在乙烯基吡咯烷酮．顺丁烯二酸酐交替共聚物(PVP-MA)、聚丙烯酸(PAA)、乙烯基毗咯烷酮一苯乙烯交替共聚物(PV

3、P-PS)和肝素钠(Heparinsodiumsalt)等四种可溶性高分子的诱导下成功制备出直径范围为70～110ILrfl的聚吡咯纳米线。这是本论文首创的制备聚毗咯纳米线的新方法。与其它制备聚吡咯纳米线的方法相比，该法具有制备时间短(30～300S)、操作简便、成本低、所得聚吡咯纳米线直径和长度可控等优点；同时，采用该法制备的聚吡咯纳米线经商氯酸处理后具有优良的导电性，其电导率可达65～100S／era。采用电化学法和扫描电镜法研究了可溶性高分子存在时聚吡咯纳米线的成核与生长过程，结果表明当PVP

4、-MA，PAA和肝素钠存在时，聚吡咯的成核属三维瞬时成核机理；当PVP-PS存在时，聚毗咯的成核属三维逐步成核机理。而其生长机理则与高分子种类无关，随聚合电位的不同分别遵循二维生长机理和三维生长机理。分析了聚吡咯纳米线取向性与可溶液性高分子之间的关系，提出了聚吡咯纳米线线型形貌形成的控制机理，并用不同直径纳米线之间导电性的差异证明了这～机理的『F确性。系统考察了影响聚吡咯纳米线形貌的各种因素，发现其形貌与聚合电位、吡咯单体浓度、可溶性高分子浓度、高氯酸锂浓度以及聚合时间等有关，而与电化学制备方法和电

5、极材料(石墨、导电玻璃和不锈钢)无关。关键词：纳米线导电聚合物纳米材料制备可溶性高分子电化学聚合ABSTRACTPolypyrrole(PPy)isoneoftheexcellentconductingpolymerswithgoodstabilityandhighconductivity．Thelowsolubilityandinfusibilityrestrictitsprocessingandapplicationsinsomefields．Themainmethodstoimprovethe

6、processibilityareaddingsubstitutiongroupsontopolypyrroleanddopingwitlllargedopants．PPysynthesizedbythetwomethodswillloseitsconductivitytocertainextent．Tocircumventthisproblem，thebeststrategyistopreparepolypyrroledirectlyintheprocedureofprocessing，rathe

7、rthanafterit．PPynanowires，inthisthesis，arejuSttheone—dimensionalmaterialspreparedundertheinstructionofsuchstrategy．Ithasadvantagesofbothconductingpolymersandone—dimensionalmaterials．Therefore，studiesonthePPynanowirehavebecomeoneofthemostattractivefield

8、saboutnanomaterials．However,hlighcost，lowproductivityanddifficultoperationarethecommondisadvantagesofthereportedmethodsusedforpreparingPPynanowiresManyeffortshavebeenmadein0111"laboratorytodevelopanewmethodforpreparingPPynanowiresandexp