Vol.26高等学校化学学报No.112005年11月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES2176～2178[研究简报]高分子量聚苯胺/碳纳米管复合材料的合成与表征晁单明,陈靖禹,卢晓峰,陈梁,张万金(吉林大学麦克德尔米德实验室,长春130012)关键词高分子量聚苯胺;碳纳米管;形貌中图分类号O631文献标识码A文章编号025120790(2005)1122176203在导电聚合物中,聚苯胺(PANI)因其导电性能优良,环境稳定性好,合成工艺简单,原料成本低～廉等优点,被认为是最有可能实际应用的导电聚合物[13].然而用传统方法合成的聚苯胺由于其分子量小,分子链中存在缺陷而使其导电性能和力学性能大大降低,从而限制了其实际应用.而高分子量聚苯胺[4]的导电性能和力学性能比一般聚苯胺有较大的提高.聚合物/碳纳米管复合材料自1994年首次被报道[5]以来已引起了人们的广泛关注,而导电聚合物与碳纳米管的复合物由于其可以用于光电纳米器件、超级电容器、场发射器件以及传感器等方面,从而成为目前研究的热点[6～8].为了得到综合性能更好的聚苯胺/碳纳米管复合物,本文采用原位复合的方法,将不同质量的多壁碳纳米管与一定量的苯胺混合,再通过氧化聚合方法得到高分子量聚苯胺/多壁碳纳米管复合物,用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)及四探针电导率仪对合成的复合物进行了表征,并探讨了复合物的微结构及其性能.1实验部分1.1试剂及仪器苯胺(An,纯度9915%,减压蒸馏),过硫酸铵(APS,纯度98%),盐酸(HCl,体积分数37%),一水合氯化锂(LiCl·H2O,纯度97%),丙酮(Acetone,纯度9915%),十六烷基三甲基溴化铵(CTAB,纯度99%),多壁碳纳米管(MWNTs,直径30～50nm,L=015～40μm).日本岛津SSX2550型扫描电子显微镜;BrukerVECTOR22型红外光谱仪(KBr压片);SiemensD5005型X射线衍射仪;四探针电导率仪.1.2合成将17152gLiCl·H2O溶于50mL1mol/L盐酸溶液中,搅拌使之溶解均匀.将上述溶液按体积比3∶2分成a,b两部分,向a溶液中加入01130gCTAB,然后加入一定质量(10,20,40,60,100mg)的多壁碳纳米管,用封口膜密封后,超声振荡10h.向b溶液中加入氧化剂APS1126g,振荡使之快速溶解,全溶密封后,放入0℃的冰柜中.将210mLAn加入到经超声振荡10h的a溶液中,继续超声振荡20min后,放入冰盐浴中,搅拌30min.完全冷却后,将含有APS的b溶液加入到a溶液中,继续搅拌1min使之混匀,密封后放入冰柜中,静置反应40h.反应完毕后,将沉淀过滤,用1mol/L盐酸溶液洗涤10次,再用丙酮洗涤5次.室温下真空干燥72h,得到黑绿色固体.在以上条件下得到的聚苯胺分子量为Mw=218100.2结果与讨论2.1高分子量聚苯胺/多壁碳纳米管复合物的形貌图1为高分子量聚苯胺及高分子量聚苯胺/多壁收稿日期:2004212202.基金项目:国家“九七三”计划项目(批准号:001CB610505,2003CB615604)和国家自然科学基金(批准号:50473007)资助.联系人简介:张万金(1954年出生),男,博士,教授,博士生导师,主要从事有机纳米功能材料和特种工程塑料的合成及应用研究.E2mail:wjzhang@jlu.edu.cnNo.11晁单明等:高分子量聚苯胺/碳纳米管复合材料的合成与表征2177碳纳米管复合物的微观形貌.从图1(A)可以看到,超高分子量PANI的形貌是直径为1μm的蜂窝状的线团,而这些线团是由直径为几十纳米到一百纳米的聚苯胺纤维组成,形成空间立体网状结构[3].从图1(B)可以看到,高分子量聚苯胺/多壁碳纳米管复合物的形貌是无定形的,与一般聚苯胺的形貌相同.在断口处可以观察到大量的纤维较均匀地相互连接,成为材料的支撑骨架.从图1可以看出,苯胺首先是在碳纳米管表面慢慢地发生聚合并逐渐成核生长,但由于苯胺的浓度太大,反应速度快,生成大量的聚苯胺将其包覆,使之形成了无定形的形貌.Fig.1SEMimagesofhighmolecularweightPANI(A)andPANI/MWNTscomposites(B)2.2高分子量聚苯胺/多壁碳纳米管复合物的红外光谱分析图2中的4条红外光谱曲线分别对应高分子量聚苯胺、高分子量聚苯胺/多壁碳纳米管复合物(MWNTs质量分数分别为1%,3%,5%).在红外光谱中,3430cm-1对应于聚苯胺分