论文部分内容阅读
有序结构的纳米材料的制备对于规模化功能器件例如微探针、传感器和动力元件等的研制具有特别重要的意义。模板法已被视为制备有序纳米材料的有效方法之一。导电高分子优异的物理化学性能使其在能源(太阳能电池,二次电池)、光电子器件、电磁屏蔽、隐身技术、传感器、金属防腐、分子器件和生命科学等技术领域都有广泛的应用前景。作为一种重要的导电聚合物,导电高分子材料具有优良的电化学可逆性,对环境稳定性高等优点,因此具有重要的应用价值。由于表面活性剂分子具有亲疏水性质,在溶液中能够自组装形成高度有序的模板,基于表面活性剂模板的方法,各种不同纳米结构的聚吡咯如纳米粒子,纳米线,纳米管等等都已经有报道,而到目前为止合成特殊纳米形貌的导电高分子纳米结构依然是个挑战。
本论文的主要工作如下:
1.本论文以阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDSn)晶体为模板,在其晶体的悬浮液中通过化学聚合法合成聚吡咯(PPy)和聚苯胺(PANi)。我们发现在过硫酸铵(APS)存在的条件下,从SDSn饱和溶液中析出的晶体具有螺旋位错的晶体结构,使用了原子力显微镜(AFM)和x射线衍射仪(XRD)表征了晶体位错的结构和形貌。导电高分子单体吸附于螺旋位错台阶的边缘生长,从而使得这种螺旋位错的形貌能够被导电高分子复制,最终得到二维有序的平面螺旋结构的导电高分子纳米线。
2.本论文还发现从水溶液中析出的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)晶体,能够用作模板合成二维有序的PPy螺旋纳米线。和阴离子表面活性剂不同的,是CTAB晶体本身就可以形成螺旋位错的晶体结构,并且还发现APS的存在不但不能参与位错形成,反而会破坏CTAB晶体的位错形貌,从而得到了CTAB和APS共沉淀的新的层状晶体(CTA)2S2O8,我们通过AFM和XRD表征了这种晶体从螺旋位错结构向二维岛状结构转变的过程,这种新的二维岛状结构的晶体的形貌可以被PPy和Pani环状纳米线复制。并运用TEM和SEM对该复合物的微观形貌进行了表征,而且通过标准四针测表面电阻法测定了这种纳米材料的导电性。
3.我们以烷基链(八烷基,十烷基和十二烷基)磺酸盐表面活性剂分子自组装形成的胶束为软模板,通过氯金酸氧化吡咯,得到了花状的吡咯包裹氯金酸的核壳纳米结构。这种方法相对来说是一种非常简单、一步法合成金和导电高分子复合纳米结构的方法。在反应中我们可以通过调节吡咯和氯金酸的浓度来控制合成得到的纳米花复合结构的直径。并运用TEM和SEM对该纳米花复合结构的微观形貌进行了表征,样品的TEM和SEM结果显示合成的纳米花的直径在80到500 nm之间。使用拉曼光谱对此复合物进行表征,并发现有很好的SERS增强效应。同时我们还发现此复合材料能够用作生物传感器材料,用于催化氧化抗坏血酸等生物分子。