碳纳米管-聚苯胺复合物的制备及其吸波性能的研究-

文章编号:１００１-９７３１(２０１５)１８-１８０８８-０４

碳纳米管/聚苯胺复合物的制备及其吸波性能的研究?

刘平安１,王一鹏１,叶一升１,刘丹莉１,赵立英２

(１．华南理工大学材料科学与工程学院,广州５１０６４１;２．佛山市康泰威新材料有限公司,广东佛山５２８２１６)

摘一要:一采用原位聚合法制备碳纳米管/聚苯胺复合物,并通过透射电镜(TEM)二红外光谱(FT-IR)二热重分析(TGA)对样品进行表征,用矢量网络分析仪系统检测了一系列复合物的电磁参数,计算并分析了聚合时间二聚合温度二盐酸浓度二涂层厚度等工艺条件对复合物吸波性能的影响.结果表明,原位聚合法制得了具有核-壳结构的复合物;且聚合时间为６h二聚合温度为２０?二盐酸浓度为０．０５mol/L时,复合物在８~１８GHz频率范围内具有较好的微波吸收性能.

关键词:一碳纳米管;聚苯胺;吸波性能;吸波材料

中图分类号:一TM２５文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１５．１８．０１８

１一引一言

自１９９１年碳纳米管被日本的饭岛教授发现以来[１],由于其独特的一维管状结构二优异的性能和潜在的应用前景,已成为化学二物理二材料等科学领域的研究热点.碳纳米管以其独特的螺旋结构及介电性能,再加上它具有质轻二高温抗氧化性二抗腐蚀等优良性能,使其成为一种有前途的吸波剂[２-４].但碳纳米管易团聚二难于分散的问题一直得不到较好的解决,因而限制了其性能的发挥[５].而制备包覆的同轴共轭聚合物/碳纳米管复合体系,被认为是解决这一问题的有效途径之一.在众多共轭聚合物中,导电聚苯胺因结构多样化二独特的摻杂机制二价格便宜二合成条件简单二热稳定性和环境稳定性好二产物不溶不熔,其分子链中含有亚胺基团使其具有较高的表面能,在防静电及电磁屏蔽材料二光学器件二发光二极管及非线性光学器件等方面均有广泛的应用前景[６-８].为了使聚苯胺的反射系数尽可能低且电磁波被高效地吸收,其应具有适当的电磁参数匹配.

碳纳米管的微波吸收性能与其化学组成和几何结构等密切相关[９],近年来碳纳米管/聚苯胺复合物的研究非常活跃,尤其是在光电纳米器件二场发射器件二超级电容器及传感器等方面已有了很大的研究进展[１０-１２].现在对碳纳米管/聚苯胺复合物的研究主要集中在光电性能方面,其微波吸收性能方面的研究报道仍比较少.文献[１３]表明,无机离子与聚苯胺形成的核壳结构具有优于单纯复合体的吸波性能,本文将碳纳米管分散于苯胺/盐酸溶液中,通过苯胺在纳米管表面的吸附,原位包覆聚合聚苯胺形成核壳结构,系统地考查了聚合时间二聚合温度二盐酸浓度二涂层厚度等工艺条件对碳纳米管/聚苯胺复合物的吸波性能的影响,以期制备出吸波性能优异的碳纳米管/聚苯胺复合物.

２一实一验

２．１一试剂

多壁碳纳米管:纯度＞９０％,直径４０~６０nm,长度５~１５μm;浓硝酸(体积分数为６８％)二浓硫酸(体积分数为９５％~９８％)二盐酸(体积分数为３６％~３８％)二苯胺二十二烷基苯磺酸钠二过硫酸铵二甲醇二丙酮二乙醇均为分析纯.

２．２一碳纳米管的表面处理

称取一定量的碳纳米管置于圆底烧瓶中,加入足量６８％的浓硝酸,于１３０?条件下磁力搅拌,回流处理１２h,自然冷却,过滤;然后和浓H２SO４/浓HNO４(体积比为３/１)混合酸放于烧杯中,常温超声处理２h,用去离子水洗涤过滤直至洗涤下来的去离子水为中性,置于６０?烘箱中干燥２４h,研磨,密封备用.２．３一碳纳米管/聚苯胺复合物的制备

将经过表面处理的碳纳米管(苯胺单体质量的３％)二十二烷基苯磺酸钠和０．０５mol/L盐酸倒入三口烧瓶中,室温下超声分散３０min,然后加入一定量经减压蒸馏过的苯胺单体,超声分散３０min.将过硫酸铵(n(过硫酸铵)?n(苯胺)＝１?１)溶于１３０mL盐酸中,用滴液漏斗在０．５h内滴加到上述分散的溶液中,在一定温度下反应后得到的产物用去离子水二甲醇二丙酮洗涤,并于４０?干燥２４h,研磨后得到墨绿色碳纳米管/聚苯胺复合物粉末.

２．４一结构表征及性能测试

采用日本电子株式会社公司的TEM(JEM-２０１０HR),美国Nicolet公司的FT-IR(NEXUS)和德国耐弛公司的TGA(STA４４９C)分别分析样品的微观形貌,判定样品的主要官能团及样品的成分和测定样品的热稳定性.

８８０８

１２０１５年第１８期(４６)卷

?基金项目:国防科工军品配套项目(JPPT-１２５-２-１６８)

收到初稿日期:２０１４-１０-２９收到修改稿日期:２０１５-０４-１３通讯作者:刘平安,E-mail:p aliu＠scut．edu．cn

作者简介:刘平安一(１９６９－),男,湖南人,副教授,硕士生导师,主要从事高性能无机材料及电磁功能材料研究.