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自上世纪70年代发现聚乙炔的金属导电性以来,经过三十多年来的研究和发展,聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电聚合物由于其巨大的应用前景已经成为聚合物学科中的热点研究领域之一。近年来,随着对导电聚合物性质功能的逐步认识,人们对基于导电聚合物的功能材料尤为关注。
材料的微米/纳米结构化有利于材料的集成与组装,同时能为材料带来相应的尺寸效应和空间效应,提高材料的性质,丰富材料的功能。导电聚合物的纳米/微米结构因兼具普通微米/纳米结构特殊的尺度效应与导电聚合物的光电等特性,在化学、材料、信息等领域将有着广阔的应用前景。
再者,导电聚合物的加工性是导电聚合物实用化所遇到的重要挑战之一。三十多年导电聚合物的研究历史与现状表明,制备可加工、高强度的纯导电聚合物是一项既困难又艰巨的工作。选择可加工、高强度的传统聚合物,采用物理或化学方法将其与导电聚合物复合,有利于克服导电聚合物难加工的缺陷,促进导电聚合物的实际应用。
此外,继续基于或利用导电聚合物电学、光学等物理特性的功能化研究是非常必要的。同时开展基于或利用导电聚合物化学性质的功能化研究也是一项富有意义的创新工作,它们对于进一步认识导电聚合物和丰富导电聚合物的科学内涵有着同等重要的意义。
基于以上原因,本论文在开发新的导电聚合物微结构、可加工的导电聚合物复合材料以及基于导电聚合物化学还原性质的功能化等方面进行了探索性研究,并得到了一些新颖的结果:
(1)导电聚合物三维中空微结构的制备采用化学氧化聚合方法,在聚乙烯吡咯烷酮“软摸板”存在下,一步制备了粒径为130-820 nm聚3,4-乙撑二氧噻吩中空微球。该中空微球适宜条件为:聚乙烯吡咯烷酮浓度大于0.175 mM,聚乙烯吡咯烷酮与3,4-乙撑二氧噻吩单体的摩尔配比小于1.4。该方法简单、方便,且产品收率高,不仅为聚3,4-乙撑二氧噻吩三维纳米/微米结构化提供了一条新颖的途径,也为其它导电聚合物的三维纳米/微米结构化提供了一种思路。
(2)纤维表面生长导电聚合物制备导电复合纤维采用原位化学氧化聚合方法,在天然纤维-蚕丝和合成纤维-聚丙烯腈表面,成功生长了系列导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯和聚3,4-乙撑二氧噻吩)。实验结果表明,复合导电纤维电导率最高可达10-1s·cm-1,且导电聚合物的原位生长并未牺牲纤维的力学性能。作为功能材料,它们在生物医用、纺织、抗静电等领域将会有着潜在的应用价值。
(3)化学接枝合成可加工有机导电共聚物采用化学接枝聚合方法,分别合成了聚(丙烯腈.醋酸乙烯酯)接枝聚吡咯和聚(丙烯腈-醋酸乙烯酯)接枝聚3,4-乙撑二氧噻吩两类可溶于有机溶剂的导电共聚物。在此基础上,通过溶液浇注手段,获得了具有良好的力学、热学、电学性能的两类可加工共聚物导电膜材料,预期在电磁屏蔽、表面抗静电和微电子等方面有着潜在的应用。
(4)基于导电聚合物还原性质的特殊形貌贵金属微结构的同步构筑与负载基于导电聚合物自身的化学还原特性,分别于聚(丙烯腈-醋酸乙烯酯)接枝聚吡咯和聚(丙烯腈-醋酸乙烯酯)接枝聚3,4-乙撑二氧噻吩两类导电共聚物膜材料表面,获得了具有特殊形貌的金、银微结构。复合膜表面独特的贵金属微结构、基体导电膜优秀的力学性能,促使这些复合膜在催化、表面增强拉曼、生物传感等领域有着广泛的应用前景。这种同步形成与负载方法为特殊形貌贵金属微结构构筑与复合提供了一条崭新的途径,同时也丰富了导电聚合物的科学内涵,拓宽了导电聚合物的研究领域。