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一维导电聚合物/无机纳米复合材料集导电聚合物材料的质轻价廉、柔韧性、易加工、优异的光电性、导电性、体积响应性等性质与无机纳米材料特殊的光、点、磁、催化等性能于一体,还具有纳米材料的小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和—维纳米结构特有的量子输运等优点,在光学、催化、能量存储与转化、微纳电子器件、生物医学等领域都有巨大的潜在应用。此外,两者之间的协同效应会产生新的性质和新的应用。因此,开发新的—维导电聚合物/无机纳米复合材料具有重要的意义。现在关于—维导电聚合物/无机纳米复合材料的报道还不是很多,特别是协同作用的机理的研究还不深入。本论文主要针对聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚(3-已基噻吩)(P3HT)三种导电聚合物与无机材料中的金属、半导体和石墨氧化物的—维纳米复合材料展开了研究,考察了一维纳米复合材料的制备方法和制备条件,研究了各自的性能,并初步探索了复合材料中协同作用的机理,获得的主要结果如下:
1.用一种简单的原位沉积的方法制备了—维PPy/Au纳米复合物,研究发现复合物中Au纳米粒子的尺寸及数量依赖于表面活性剂、反应温度和反应时间。PPy/Au纳米复合物结构的研究显示复合物中PPy被部分过氧化。PPy纳米管和PPy/Au纳米复合物的电导率~温度依赖关系呈半导体特性,lno~T1/2都显示出线性关系,服从—维变程跳跃(1D-VRH)模型。室温下,PPy纳米管的压片电导率为24.6 S/cm,PPy/Au(49 nm直径的Au颗粒)复合纳米材料的压片电导率为0.24 S/cm。
2.用分步自组装的方法制备了P3HT/CdSe量子点同轴异质复合纳米线。首先用重结晶法制备均匀尺寸的P3HT纳米线,然后利用S原子与量子点的配位作用实现了CdSe量子点在P3HT纳米线上均匀分布。光电导性测试表明P3HT/CdSe同轴异质纳米线具有优异的光响应性,开关比为5,并且这种光响应性具有较好的可逆性。UV-Vis和荧光光谱证明复合材料中P3HT与CdSe之间存在配位作用,其光电导性主要来自P3HT和CdSe之间的电子转移。
3.用稀溶液聚合法制备了PANI/石墨氧化物复合纳米阵列,该阵列的形成受苯胺单体浓度和反应温度的影响。紫外和红外结果都显示复合物中PANI处于掺杂态,具有良好的导电性。循环伏安和恒流充放电测试表明该复合纳米阵列中电容主要来自PANI,在0.2 A/g电流密度下的电容为267 F/g。