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自1977年发现聚乙炔的导电现象以来,人们在世界范围内掀起了研究和开发结构型导电聚合物的热潮。由于本征态的结构型导电聚合物在经质子酸掺杂以后,介电常数和介质损耗大为提高,有利于增大它们对电磁波的吸收,因此导电聚合物是一种很有潜力的隐身材料。
但在某些场合,对隐身材料要求其重量轻、便携带、耐高温、热稳定性好,而单纯的结构型导电聚合物难以达到,因此本论文尝试将导电聚合物与无机材料复合,以中空SiO2为基材制备导电聚合物的复合微球。考虑到结构型导电聚合物具有交替共轭π键、分子链间强大氢键而造成不溶不熔,加工性能较差,本论文还尝试了以聚苯乙烯微粒为基材制备导电聚合物复合微球,并对它的性能进行研究。本论文的工作是:
(1)以中空SiO2微球为基材制备了聚吡咯(PPY)/SiO2复合微球。采用硅烷偶联剂APS化学修饰SiO2表面,通过偶联剂一端的硅醇基与SiO2作用,另一端的胺基与带正电的聚吡咯以及吡咯环上酸性的N-H键的Lewis酸碱作用可使SiO2表面富集PPY。FTIR、TEM、SEM、XRD等证明SiO2表面均匀包覆了PPY层。PPY/SiO2复合微球具有与PPY相当的电导性,其热稳定性随SiO2用量增加而提高,而电导率无数量级下降。
(2)采用中空SiO2微球为基材制备了聚苯胺(PANI)/SiO2复合微球。硅烷偶联剂APS预修饰SiO2可提高PANI与SiO2之间的界面结合力,而使聚苯胺能均匀覆盖在SiO2表面,因此PANI/SiO2复合微球具有和PANI相当的电导率,其热稳定性明显高于PANI。此外在体系中加入苯胺-甲醛缩聚物(AFC)以形成交联结构的聚苯胺,从而使PANI/SiO2的热稳定性得到进一步的提高。
本论文还制备了PANI/PS复合微球,但未得到预期的核壳结构,而是观察到PS表面的PANI形成“类网络”结构,从而提供了导电通道,保证了良好的电活性。其电导率与PANI相当。
(3)以上制备的各种复合微球的红外测试表明PANI/SiO2、PPY/SiO2和PPY/SiO2(未采用偶联剂)的红外消光系数分别比基材SiO2提高了17%、15%和25%。采用偶联剂处理的体系的红外消光系数具有良好的时间稳定性,而未用偶联剂处理的体系的红外消光系数随样品存放时间延长而下降。