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在众多的导电高分子材料中,聚苯胺价格低廉,合成方法简便,电导率较高,且具有潜在的加工特性。将其用于固体铝电解电容器中,不仅可有效地解决液体电容器低温特性差,高频段阻抗高,电解液易泄漏、干涸等问题,而且制备工艺相对简单,成本低廉。因此,聚苯胺固体电容器的研制具有重大的实用价值。本文以十二烷基苯磺酸为掺杂剂,通过微乳液聚合的方法制备油溶性导电聚苯胺(PANI)。并首次通过洗涤、离心分离的方法去除微乳液中残余的十二烷基苯磺酸(DBSA),以保证聚苯胺的导电性和溶解性。利用红外吸收光谱(FTIR)、热重分析(TGA)对产品的结构和热稳定性进行了表征。同时,通过在高温热处理方法对产品电导率的高温稳定性进行了分析研究,为利用聚苯胺溶液制备了固体铝电解电容器奠定理论基础。进而利用聚苯胺制备固体电容器,并对产品的性能进行了分析与探讨,得到结果如下:
⑴通过对微乳液聚合各影响因素的探索,优化了反应条件,并通过洗涤、离心分离等方法,制备了具有高油溶性和电导率的聚苯胺溶液。所制备的产品具有典型的PANI吸收特征,经DBSA掺杂后PANI的质子化水平、π电子离域化程度显著提高,这与掺杂后电导率的提高相对应,电导率可达到2.05S.cm-1。而且,经DBSA掺杂后,聚苯胺(PANI-DBSA)仍具有较高的分解温度,起始分解温度高达300℃。
⑵利用所制备的十二烷基苯磺酸,樟脑磺酸掺杂的和这两种有机磺酸共掺杂的三种导电聚苯胺,研究了聚苯胺的电导率在高温环境中的稳定性。发现氧气的存在是导致聚苯胺电导率剧烈衰减的重要因素,在稀氧环境中能有效抑制聚苯胺电导率的衰减速度。进一步利用X射线衍射分析了聚苯胺的有序化程度,结果表明,十二烷基苯磺酸与樟脑磺酸的共掺杂不利于聚苯胺分子链的有序排列,使其电导的热稳定性较差。
⑶以PANI-DBSA溶液为浸渍液,探索了电容器的浸渍和老练工艺,结果表明通过多次浸渍和预修复的方法可取得良好的效果,所制备了PANI固体铝电解电容器具有高容量、低损耗角正切、优异的温度特性、低漏电流且无漏电流回升等优点。另外,本文首次尝试研制中高压固体电解电容器,所制备的固体电容器具备较高的耐受电压,100V时其漏电流只有0.3μA。同时,高温稳定性实验表明,隔离氧气的可以非常有效地减缓PANI固体铝电解电容器性能的衰减,因此,在实际应用中对电容器进行密封包装显得十分重要。