核壳型碳纤维毡@聚苯胺复合材料的制备及其介电性能

使用原位化学氧化聚合的方法,以碳纤维毡(CFF)为骨架,在碳纤维表面生长聚苯胺(PANI),获得具有核壳结构的CFF@PANI复合材料,随后使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对其进行封装。研究反应条件对复合材料结构和性能的影响。结果表明,PANI能够均匀地包裹在碳纤维表面,使CFF的颜色由黑色变为深绿色;接触角和表面能分析结果表明尽管表面生长PANI并未对CFF产生显著影响,但使用PDMS封装后可以大幅度降低材料的表面能;借助多界面结构和界面效应,核壳结构明显提升了材料的界面极化和偶极极化,导致复合材料具有更高的介电弛豫现象,并显著提高了电容和电容压敏效应。

一个综合化学实验——聚苯胺的合成

聚苯胺由于具有独特的电学、光学、良好的稳定性、低成本、易于制备和应用范围广泛等特性引起了人们的广泛关注。聚苯胺可以通过化学氧化聚合和电化学聚合来制备。本实验旨在为学生提供一种快速、实用的制备聚苯胺导电聚合物的方法,展示其广泛应用。化学氧化聚合是一种具有合成简单、快速实用、原材料成本低等优点并可以用于制备大规模的聚苯胺的方法。苯胺的化学氧化聚合是在强酸性溶液中进行的,通过添加一种氧化剂过硫酸铵引发,聚合成掺杂的聚苯胺。聚合的特征是在缓慢的诱导期间颜色变化,然后在聚合阶段由于放热反应的自加速特性使得温度突然升高。掺杂后的PANI易通过与碱反应脱掺杂成为翠绿亚胺碱,其为蓝色且不导电,翠绿亚胺碱形式的PANI可与质子酸反应被掺杂重新成为翠绿亚胺盐使其具有呈现绿色并导电,从而扩展聚苯胺的应用范围。

软模板法制备聚苯胺干凝胶及在水性防腐涂料中的应用

分别以双十八烷基二甲基氯化铵和双十二烷基二甲基氯化铵为软模板,采用化学氧化法制备聚苯胺干凝胶。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等对聚苯胺干凝胶进行结构表征;将制备的聚苯胺干凝胶应用于水性防腐涂料中,考察其对水性涂料防腐性能的影响。结果表明,制得的聚苯胺水性防腐涂料具有较好的耐水、耐酸、耐碱、耐中性盐雾性。

PEG4000/聚苯胺形状稳定复合相变材料的制备及其储热性能

以聚苯胺气凝胶(PANI)为支撑骨架,聚乙二醇4000(PEG4000)为相变材料,银纳米线(AgNWs)为导热增强填料,采用低温氧化聚合法和真空浸渍法制备得到具有良好形状和循环稳定性的定形相变复合材料PEG4000@Ag/PANI.聚苯胺气凝胶的高孔隙率及PEG4000与基体材料间的氢键作用和毛细作用,使得相变复合材料的最高负载率能够达到94.17%(熔融焓为165.17 J·g^(–1),凝固焓为152.77 J·g^(–1));加入AgNWs与PANI气凝胶共同搭建导热通路,提高了相变复合材料的导热性能(热导率最高为0.45 W·m^(–1)·K^(–1),比纯PEG4000提高80%);借助Ag NWs和聚苯胺优异的光吸收能力,相变复合材料的光–热转换效率达到90.61%.高储能密度、高光热转换能力和高热导率定形相变复合材料的成功制备为新型相变复合材料的合成提供了新思路,为太阳能光–热转换和储能应用提供了新材料,实现对太阳能的高效利用.

基于银纳米线/聚苯胺纳米复合材料的电致变色薄膜及器件的制备与性能

以质量比分别为1:5,1:15,1:25的银纳米线(AgNWs)和苯胺为原料,采用化学氧化聚合法制备了银纳米线/聚苯胺(AgNWs/PANI)纳米复合材料,喷涂在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上得到AgNWs/PANI电致变色薄膜,将喷涂AgNWs/PANI(质量比为1:15)和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)电致变色薄膜的ITO基电极组装得到分层式电致变色器件,研究了AgNWs/PANI电致变色薄膜和电致变色器件的微观形貌和电致变色性能。结果表明:AgNWs/PANI电致变色薄膜中PANI均匀包覆在AgNWs上形成线性核壳结构,当AgNWs和苯胺质量比为1:5时薄膜中有很多AgNWs暴露在外,当质量比为1:25时AgNWs暴露缺陷较少但形成的导电通路连续性差,当质量比为1:15时AgNWs被PANI完美包覆且导电通路连续均匀;与纯PANI电致变色薄膜相比,AgNWs/PANI电致变色薄膜的峰值电流密度、离子扩散速率和光学对比度增大,电荷传递阻抗减小,变色效果明显,电致变色性能提升,AgNWs和苯胺质量比为1:15时电致变色性能最佳;电致变色器件的最大光学对比度为65.2%,着色和褪色过程响应时间分别仅为6.5,4.9 s,经历1 000次恒电位跃迁后光学对比度保留率高达97.7%,着色效率高达124.6 cm^(2)·C^(-1)。

聚苯胺/二氧化钛改性膜的制备及其印染废水处理性能

采用原位氧化聚合法,以二氧化钛为填料、苯胺为单体、聚四氟乙烯膜为基底膜制成聚苯胺/二氧化钛/聚四氟乙烯改性膜;采用傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、接触角测试等对改性膜的结构和形貌进行表征,并考察改性前后膜对甲基橙的处理效率。结果表明:聚苯胺和二氧化钛成功固载到基底膜表面,二氧化钛分散均匀且无明显的相分离,改性膜的亲水性提高,纯水通量增加到380 L/(m^(2)·h),对甲基橙的处理效率达到83%,且经过5次再生循环后,处理效率仍然大于70%。

聚苯胺/银纳米复合材料制备工艺对热电性能的影响

热电材料可以通过内部载流子的传输实现热能和电能之间的直接转换,在温差发电和热电制冷领域有广泛的应用,是一种新型的功能材料,在缓解环境污染和能源危机有重要的意义。文章通过醇还原法制备了银纳米粒子,引入聚苯胺基体材料中,创新性地采用放电等离子烧结制备块体材料,并对银纳米粒子及最终的复合材料进行了表征与分析。

聚苯胺包覆的硫化锌-碳纳米管用作正极载体材料提高锂硫电池性能

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论比容量和能量密度、环境友好、成本低廉等优点而备受关注。然而,锂硫电池中活性硫及其放电产物导电性差、可溶性多硫化物在电极间穿梭、体积膨胀等问题导致电池的反应动力学缓慢、容量迅速下降。为了解决这些问题,有必要对硫正极进行合理设计,研究表明引入碳纳米结构(如碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳、石墨烯等)作为骨架负载硫能提高锂硫电池的性能。这些碳骨架具有多层次的交叠多孔结构、大比表面积和高电子迁移率等优势,为离子提供迁移通道的同时能形成物理屏障限制多硫化物的迁移,进而抑制穿梭效应改善电池的循环稳定性。但是由于碳纳米结构的非极性特点,多硫化物与碳骨架之间的相互作用较弱,只能通过物理相互作用抑制多硫化物的穿梭。为了提高抑制效果,可以将极性材料(如金属氧化物、硫化物等)与碳纳米结构进行耦合,这样就兼具了极性材料和碳纳米结构的优点。极性材料与多硫化物的相互作用较强,同时碳纳米结构的高导电性和物理屏障作用亦得以保留,因而能大幅减缓穿梭效应,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。此外,多种导电聚合物,如聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)和聚苯胺(PANI)等,亦能作为包覆层或导电载体改善锂硫电池的循环性能和倍率性能。其中聚苯胺(PANI)具有导电性高、易合成、共形性好等特点,作为包覆层能有效地防止多硫化物向外扩散,提高电子的迁移率,从而保证电池的长期循环稳定性。本工作制备了一种ZnS-CNTs/S@PANI正极材料来抑制上述缺陷,提高锂硫电池性能,该正极材料以ZnS修饰的CNTs为骨架来负载硫,再在外层包覆聚苯胺(PANI)导电聚合物制备而成。该正极材料中由碳纳米管构成的导电网络有利于电子的快速迁移,并能容纳循环过程中硫的体积膨胀;ZnS量子点的修饰在碳纳米管表面增加了大量极性位点,能够增强对多硫化物的吸附,进而抑制穿梭效应;外侧的聚苯胺作为极性导电包覆层有利于提高电极整体的导电性,增强对多硫化物的吸附,并且能够通过物理限制效应防止活性材料流失。因此该正极材料表现出良好的电池性能,其初始比容量在0.5 C时为952.33 mAh·g^(-1),经过150次循环后比容量为776.37 mAh·g^(-1),容量保持率为81.52%。其在2 C倍率下的放电容量为633.62 mAh·g^(-1),优于CNTs/S和ZnS-CNTs/S电极。该结果证明了ZnS-CNTs/S@PANI正极材料具备优异的锂硫电池性能,为了锂硫电池向实用化发展提供了一种正极制备方案。

聚苯胺-碳化硅复合材料在膨胀型防火涂料中的应用

膨胀型防火涂料在阻隔基材迅速升温方面具有明显效果。试验合成了聚苯胺-碳化硅(PANI-SiC)复合材料,通过SEM、FTIR、XRD等手段分析了复合材料的形貌、组成和结构,考察了单组分膨胀型防火涂料乳液的种类及复合材料含量对涂层防火耐火性能的影响。结果表明:醋酸乙烯-乙烯(VAE)乳液相比于苯丙乳液和丙烯酸乳液可以更好地提升涂层的膨胀倍率和耐火性能。随着PANI-SiC含量的增加,涂层的膨胀倍率增加,背面温度降低,10%含量复合材料的防火涂层表现出优异的耐火性能。

碳纳米管/聚苯胺复合电极的制备及其性能表征

采用柔性碳布作为复合电极的集流体,将高导电性的碳纳米管(CNTs)通过静电植绒的方式嵌入聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂中,得到具有更大电化学活性表面积的复合结构。然后将所得的材料通过电化学沉积的方式将具有赝电容特性的聚苯胺(PANI)镀在CNTs表面,得到了具有碳纳米管/聚苯胺(CNTs/PANI)两种活性物质的二元复合电极。采用扫描电子显微镜(SEM)对电极材料的结构进行表征。并将其与含有硫酸的聚乙烯醇(PVA)水凝胶电解质组装成具有对称结构的柔性固态超级电容器(SSC),并利用电化学工作站对其电性能进行测试,结果表明:在1 mA/cm^(2)的电流下,具有517 mF/cm^(2)的比容量;经过2500次的循环后,具有79.8%的容量保持率,库伦效率超过97%。该研究表明静电植绒技术可以作为制备高性能电极材料的一种有效途径。

聚苯胺半导体材料的制备及对三乙胺气敏性能研究

为了对三乙胺气体进行有效、快捷地检测,通过静置法制备了聚苯胺(PANI)半导体材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外吸收光谱(FT-IR)等测试方法对PANI半导体材料进行了微观结构及表面形态的表征,并对其气敏特性进行测定。通过对三乙胺气体的测定和分析,发现PANI半导体材料对三乙胺气体的敏感性较其他气体高。结果表明:在270℃的工作温度下,PANI半导体传感器对100×10^(-6)三乙胺的灵敏度为74.6,响应时间为9s,恢复时间为6s。在同种气体氛围和相同的温度条件下,连续6次重复实验,PANI半导体材料仍具有一定的稳定性。

磷钼酸-还原氧化石墨烯-聚苯胺改性阳极微生物燃料电池处理高氯酸盐废水的性能研究

采用磷钼酸(PMo12)-还原氧化石墨烯(rGO)-聚苯胺(PAN)对微生物燃料电池(MFC)的阳极进行改性,构建单室空气阴极MFC,考察了材料结构、改性阳极形貌和MFC的电化学特性、产电特性和高氯酸盐去除性能,并探讨了改善MFC性能的机理。结果表明:相比空白阳极,PMo12-rGO-PAN改性阳极具有更多的电化学活性位点,其MFC循环伏安闭合曲线面积和交换电流密度分别提高了2.34、9.36倍,电荷转移内阻降低了85.87%。在560 mg/L高氯酸盐下,该阳极MFC产生最大输出电压为160.03 mV;在运行过程中,该阳极MFC对高氯酸盐的还原率始终高于空白阳极。该阳极通过改善微生物的附着条件和提高阳极电子转移速率提升了MFC的运行性能。

碳纳米管-聚苯胺/聚乙烯醇复合气凝胶的制备及其吸波性能

为了获得高性能复合气凝胶吸波材料,以螺旋碳纳米管(Helical carbon nanotubes,HCNTs)和聚苯胺(Polyaniline,PANI)为吸波剂,聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)为基体,采用定向冷冻法和低温原位聚合法制备了高性能螺旋碳纳米管-聚苯胺/聚乙烯醇复合气凝胶(HCNTs-PANI/PVA composite aerogels,HPPA)。采用扫描电子显微镜、红外光谱仪、拉曼光谱仪和X射线衍射仪对HPPA复合气凝胶的形貌与结构进行表征,并使用矢量网络分析仪测定HPPA复合气凝胶的电磁参数和吸波特性。结果表明:所制备的HPPA复合气凝胶具有优异的吸波性能,最小的反射损耗为-69.08 dB,有效吸收带宽为4.20 GHz;HPPA复合气凝胶优异的吸波性能主要归因于其定向的多孔结构和非均匀介质界面形成的良好阻抗匹配特性和多重极化协同效应。该文为构建高性能复合气凝胶吸波体系提供了新思路。

富锂锰基正极材料的聚苯胺包覆及其电化学性能

正极材料作为锂离子电池的重要组成部分之一,在一定程度上影响着电池的性能。富锂锰基正极材料Li_(1.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)(LNCM)凭借高比容量、高电压等优点成为下一代锂离子电池正极材料的候选。本研究采用溶胶凝胶法制备了富锂锰基正极材料,利用原位聚合法在正极材料表面形成聚苯胺包覆层,并在聚合过程中利用质子酸掺杂进一步提高聚合物的电导率,以改善正极材料的性能。实验结果表明,X射线衍射(XRD)测试显示包覆前后正极材料的晶体结构未发生改变;傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)证明了复合材料中聚苯胺的存在。聚苯胺作为电子导体,可以有效降低正极材料的阻抗,提高反应动力学,稳定正极材料的晶体结构并优化其循环性能。

聚苯胺红外电致变色器件研究进展

电致变色是材料反射、吸收等光学性质在外加电场驱动下发生稳定、可逆变化的现象,在不同波段可表现为颜色、红外发射率等变化。红外电致变色器件(IR-ECDs)能够动态调节物体的红外光学特性,在自适应伪装、热管理等应用中受到广泛关注。作为最有代表性的有机电致变色材料,聚苯胺(PANI)制备方法简单,电化学性能优异,在多波段电致变色领域有着巨大的潜在应用价值。本文从电致变色器件结构出发,介绍了从可见电致变色到红外电致变色的原理和器件结构的演变,对近年来增强聚苯胺红外电致变色器件性能的策略和最新进展进行了归纳和分析,讨论了其多功能化应用的拓展方向,最后对所面临的挑战与未来的发展方向进行了总结与展望,为今后发展优异性能的IR-ECDs提供了参考,希望能够对本领域研究者有所启发,促进电致变色领域的发展。

聚苯胺-氮化硼纳米颗粒复合水性环氧涂层的制备与防腐性能研究

为了提升水性环氧涂层在高盐、高湿海洋环境中的防腐性能和耐久性能,在羟基化的六方氮化硼表面通过原位聚合生长聚苯胺(PANI)得到聚苯胺/氮化硼纳米颗粒(PBN),将PBN作为防腐填料来增强水性环氧涂层的防腐性能。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和电子扫描电镜(SEM)对纳米颗粒的结构与微观形貌进行表征,采用电化学测试和中性盐雾试验(NSS)探究氮化硼、PANI改性水性环氧涂层和PBN添加量对水性环氧涂层的防腐性能的影响。结果表明:PANI在BN纳米片表面原位生长形成珊瑚状结构,向水性环氧涂层中添加0.50%(质量分数,下同)PBN后的粘结强度达到6.05 MPa,在3.5%NaCl溶液中浸泡120 h后的腐蚀电流密度(1.99×10^(-9) A/cm^(2))比纯环氧涂层(1.01×10^(-6) A/cm^(2))降低约3个数量级。这归因于添加的0.50%PBN能均匀分散在环氧树脂中,填补涂层的微小空隙并提升对腐蚀介质的阻隔作用,同时PANI具有缓蚀作用,二者协同提高纯环氧涂层的防腐性能。

改性石墨烯/聚苯胺水性聚氨酯涂料力学及防腐性能研究

为了提高水性聚氨酯涂层防腐性能,以对苯二胺作为还原剂,采用Hummer法合成氧化石墨烯(GO)来得到改性石墨烯(PGO),最后与聚苯胺(PANI)进行复合制备得到PANI/PGO,将其作为填料加入水性聚氨酯乳液(WPU)中,混合均匀后涂刷至马口铁板上,对涂层进行FTIR和XRD表征.研究了复合涂层的热稳定性、力学性能、吸水性、疏水性能、耐腐蚀性能和耐酸碱性能.研究结果表明,复合涂层PANI/PGO2表现出较优异的耐腐蚀性能、耐酸碱性能及力学性能.当PGO含量为0.05%时,涂层抗拉强度达到19.8MPa,延伸率达到98.3%,涂层硬度5H,吸水率为2.26%,水接触角为70.3°,腐蚀速率可达到0.002mm/a,具备较好的防腐性能.改性石墨烯的添加,可以显著提高聚苯胺水性聚氨酯涂料的力学和防腐性能.

一步法制备多孔炭/聚苯胺/二氧化锰三元复合材料及其电化学性能研究

利用化学法在商用多孔碳(AC)材料基底表面一步合成包覆了聚苯胺(PANI)/MnO_(2)复合材料,分别针对pH、温度、搅拌速度、反应时间及苯胺与高锰酸钾的摩尔比这5个因素开展了四水平的正交试验,利用极差分析方法对正交试验结果进行分析,得到具有高比容量的多孔碳/PANI/MnO_(2)(CMP)三元复合材料的优水平制备条件;利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和电化学工作站等手段对优水平条件下制备的三元复合材料的物理形貌、组成结构和电化学性能进行了分析。结果表明:混合生成的PANI和MnO_(2)以絮状产物包覆在AC基底表面,制备的三元复合材料在6mol/L KOH溶液中表现出明显的赝电容特性,其比容量可达336F/g(0.2A/g充放电电流密度,基于CMP质量),0.5A/g电流密度下充放电测试10000圈后比容量保持率可以达到90.65%,表现出良好的电化学循环性能。

聚苯胺与氧化钨二水合物双波段电致变色复合薄膜制备及性能

聚苯胺(PANI)是一种导电性能优越的高分子材料,被广泛应用于电致变色或超级电容器等领域。在可见光波段(400~780nm),它表现出优异的电致变色效果,但对于近红外波段(波长大于780nm)的调控能力有限,控温能力仍有待提高。为提升PANI在近红外波段的调控能力,将氧化钨二水合物(WO_(3)·2H_(2)O)阴极变色材料与PANI复合。采用旋涂法制备WO_(3)·2H_(2)O@PANI复合薄膜,并对其进行表面形貌分析与电致变色研究。结果表明WO_(3)·2H_(2)O@PANI复合薄膜在近红外波段的电致变色性能得到显著提升,并且与ITO玻璃表面结合力更佳。因此,该复合薄膜的电化学稳定性和光学稳定性均有较大提升。

丝素-聚苯胺复合纳米纤维膜的制备及其性能

以再生丝素蛋白(SF)为原料,以聚苯胺(PANI)为功能添加剂,采用静电纺丝技术制备了丝素-聚苯胺(SF-PANI)复合纳米纤维膜。通过SEM、XRD和FTIR等对其形貌、结构和性能进行表征。结果表明:SF-PANI复合纳米纤维膜孔隙率在70%以上;在磷酸盐缓冲液中其溶胀度可达158%;最大拉伸应力可达2.5 MPa。当SF-PANI复合纳米纤维膜中PANI质量分数为5%时,对大肠杆菌的抑菌率为80.08%,对金黄色葡萄球菌的抑菌率为75.20%;对PANI质量分数为5%的SF-PANI复合纤维膜进行卤化处理后,其对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑菌率均能达到100%。该复合膜具有良好的理化性能和抗菌性能,在抗菌型生物材料方面具有一定的应用前景。