文档介绍：华侨大学
博士学位论文
导电多层膜的层层自组装及性能研究
姓名:唐群委
申请学位级别:博士
专业:材料学
指导教师:吴季怀
20090501
论文摘要
论文摘要
自组装多层膜已经引起了来自不同领域科学家的广泛关注。自组装
多层膜主要存在于气/液或液/固界面上,且很容易通过层-层自组装技术
来构建。1991 年,Decher 发展了一种基于阴、阳聚电解质间静电作用
为推动力的制备多层膜的方法,由此揭开了自组装多层膜制备与研究的
新篇章。本论文旨在采用自组装法制备高导电性多层膜,研究多层膜的
电导率与结构的关系,提出了相应的导电机理,促进高导电性自组装多
层膜的发展。
在论文的第二章中,采用十六烷基三甲基溴化铵(C16TAB)修饰氧化
石墨(GO)与聚丙烯酸(PAA)进行静电自组装。实验表明通过 C16TAB 表
面修饰后,GO 可与 PAA 牢固的吸附,制备的多层膜具有较高的导电性。
由于 PAA 分子链可以扩散进入纳米 GO 薄片层间,致使 GO 薄片层间
距扩大甚至剥离,当 GO 层间距(或组装层数 n)增大至渗滤阈值时便会
产生渗滤效应。采用分子量为 2000-4000 的 PAA 组装的多层膜具有典型
的 PTC/NTC 效应。分子量较低的 PAA 更容易扩散至 GO 层间,导致多
层膜产生更高的电导率和更低的渗滤阈值。将(PAA/GO)n 多层膜还原后,
电导率得到极大提高,渗滤阈值向较高组装双层数移动。依此,我们获
得了组装高电导率和低渗滤阈值多层膜的新方法。
在论文的第三章,利用与第二章类似的静电自组装方法,成功地实
现了 C16TAB 修饰的石墨(G)与聚苯乙烯磺酸钠(PSS)的层层自组装。实
验结果表明将纳米 GO 薄片还原后的表面更易被 C16TAB 修饰,所制备
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论文摘要
的(PSS/G)n 多层膜的电导率得到极大提高。当多层膜的厚度达到 52 纳
米时,便会克服表面粗糙度与形貌的影响,产生渗滤现象,渗滤阈值 n=4
时,电导率最高可达 S/cm。
在论文的第四章,我们首先提出用聚合—生长两步法(无需任何模
版)制备了高度有序的 PANI 阵列。实验结果证实苯胺浓度、酸用量、
酸浓度及酸种类对 PANI 纤维阵列的形貌具有很大影响,实现了 PANI
阵列的尺寸与形貌可控性,通过优化制备条件可以制备出高度有序的
PANI 薄片和纤维阵列。研究了高度有序 PANI 阵列的生长机理,发现苯
胺阳离子为 PANI 阵列的生长起到“模板”作用。采用 XRD、UV-vis
及 FTIR 测试表明,PANI 阵列具有有序的分子构象和较高的结晶性。制
备的 PANI 阵列的电导率与温度的关系符合准一维可变程跳跃模型,显
示出半导体特性。
在论文的第五章中,我们采用第四章中制备的高度有序 PANI 纤维
阵列与 PSS 制备了(PSS/PANI)n 自组装导电多层膜。实验结果证明 PANI
纤维阵列溶解后仍呈纳米颗粒状,保持良好的晶体结构,所制备的多层
膜比采用传统法制备的 PANI 颗粒制备的多层膜具有更高的电导率、电
化学活性和更低的渗滤阈值。
在论文的第六章中,研究了采用旋涂自组装技术制备(PSS/G+/G-)n
多层膜。结果表明不同 PSS/G+/G-比例制备的多层膜与组装层数均呈线
性关系;相同组装层数与相同旋涂转速时,不同 PSS/G+/G-比制备的多
层膜中 PSS 的组装量相等,而 G(G++G-)的组装量则与 G 层数成正比例
关系;旋涂转速ω越高,所制备的多层膜越薄,且 G 的组装量与ω-1/2
II
论文摘要
呈正比关系。PSS/G+/G-比例高的多层膜具有较高的电导率和较低的渗滤
阈值,较高的旋涂转速制备的多层膜具有较低的渗滤阈值。采用目数较
大的纳米石墨片组装的(PSS/G+/G-)n 旋涂自组装多层膜具有更高的电导
率与更低的渗滤阈值。
我们采用自组装法制备多种高导电性多层膜,研究了多层膜的制备
条件—结构—导电性之间的系统关系,发现了多层膜的电导性渗滤现
象,提出了其导电机理。这些结果在导电多层膜的制备方法,导电性能
和导电机理等方面深化和拓展了自组装导电多层膜研究范畴,促进高导
电性自组装膜的发展。
关键词:静电层层自组装导电多层膜石墨聚苯胺无模板法
III
Abstract
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In recent years, the self-assembled multilayer films have attracted much
attention