无机纳米复合材料研究进展

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LI U Jun， LIMei ， LI W engua ng， Y A O Jins hui
( Sc hool of Ma ter ia l s Sc ie nc e a ndEngineer ing ， Sha nd ong P ol yt ec h nic U niver s ity ， Jina n 250 353， Ch ina )
第 25 卷 20 11 年
第4期 11 月
山 东 轻 工 业 学 院 学 报 JO U RN A L O F SHA N DO N G P O LY T E CH N I C U NI V ERSI T Y
V ol .25 N ov.
N o.4 201 1
文章编号: 10044280( 2011) 04003505
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通讯作者 : 李梅， 女， 博士， 山东轻工业学院副教授， 研究方向 : 导电高分子及其复合材料， Ema il: pl um3l m@ y aoo.c om.c n.
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山
东
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业
学
院
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第 25 卷
理性质， 在电磁材料及其传感器等方面具有广泛的 � 杨庆雄等人用制 备了铜 ( ) 一 4， 7 一二苯基 应用� 一 1， 10 一邻菲罗啉二磺酸根一聚吡咯 H 2 O 2 ( P P y / Y os hio K obay as hi 等 人在含有十二烷 基苯磺酸 钠 ( SD BS) 和柠檬酸的水溶液中， 以水合肼为还原剂 制备了铜纳米胶体， 并在胶体体系中以双氧水为氧 P y P Cu 核壳结构的 化剂将 氧化成 P y 制备了 P P y / P P y 的包覆厚度为 10 30 nm ， C u 纳米粒 复合材料， 子的直径为 27 .6 11.1 nm( 如图 1) � 通过 XRD 对 放置一段时 间后的 复合 材料 进行测 试表 明， 经过 P P y 包覆的 Cu 纳米粒子未被氧化 � 李靖用化 学氧 化法 制备 P P y 纳米 颗 粒， 利用 P P y 与银纳米粒子的微观作用力， 在 A g 纳米粒子的 A g 核壳结构纳米复 表面复合一层 P P y ， 得到了 P P y / A g 复合材料 合材料 �采用电化学方法研究了 P P y / 对甲醇的电 催化性能� 实验证明， 将 Ag 复合在纳 ［3 米粒子中， 大大提高了 A g 的稳定性 ］�
［5 ］
大的影响， 同时 P P y 层的包覆不仅防止了 Ag 粒子 的团聚， 而且使材料具有了特殊功能 ， 使纳米银粒子 作为生物标记材料成为可能［8］�
� � � 图 2 不同温度下 A ( 1 20 ) ， B ( 150 ) ， C ( 18 0 制备的 P P y / A g 复 合粒子 SEM 图
收稿日期 : 201107 21
1 聚吡咯 / 金属单质纳米复合材料
P Py 金属纳米粒子的比表面积大 ， 粒径尺寸小， 与其复合后生成的纳米结构复合材料不仅具有 P P y 的性质， 而且具有纳米级别的金属粒子所特有的物
基金项目 : 山东省教育厅高等学校科研计划项目 ( J1 0LD 23) ; 山东轻工业学院博士基金项目 ( 1 2042826) 作者简介 : 刘军 ( 1985-) ， 男， 山东省潍坊市人， 山东轻工业学院在读硕士， 研究方向 : 导电高分子及其复合材料 .
］ � 原峰电流随 H 2 O 2 浓度的增大而增大［6
李倩倩等人通过化学氧化法制备聚吡咯并研究 了聚吡咯对金属镁的防腐蚀性能� 以本征态聚吡咯 为功能成分 ， 环氧树脂为成膜物质 ， 研究了含有聚吡 咯的涂层对金属镁的防腐性能 ， 并考察了不同含量 的本征态聚吡咯涂层对金属镁的防腐性能的规律 � 结果表明， 聚吡咯的防腐机理是因为聚吡咯与金属 形成化合物， 使电位升高� 本征态聚吡咯对金属镁 有防腐能力， 在聚吡咯质量分数为 0.55% 时防腐性 能最强， 此时共混体系表现出良好的相容性［7］� Wa ng Sh ib in 等通过一步水热反应法在 不同温 度下合成了尺寸均一的 P P y / A g 纳米粒子， P P y 包覆 层厚度约 20 nm ， A g 粒子直 径约 为 120 nm ( 如 图 2) �研究表明反 应条件对粒子的 大小和形貌有 很
图 1 a 铜纳米颗粒; b P P y / 铜纳米复合粒子
谢艾妮等采用电化学合成方法在钛表面制备聚 吡咯涂层， 首先对该涂层表征及与钛基底之间的结 合强度进行测定 ， 然后进行溶 血实验, 动态凝血实 验, 凝血时间测定 , 血小板粘附实验, 补体激活实验 和兔颈总动脉腔内植入实验， 评价其体外和体内血 液相容性， 以未涂层的钛或 ( 和) 聚四氟乙烯作平行 对照� 结果钛表面聚吡咯涂层具有良好的机械性能 且与人血液高度相容 ; 其体外血液相容性与聚四氟 乙烯相当， 且体外和体内血液相容性优于钛 �结论 经聚吡咯涂层覆盖后的钛其体内及体外血液相容性 均得到显著改善， 显示了在人工心血管装置上的应 用前景［4］� 安静等人以硝酸银和吡咯为原料， 采用一步法 Ag / P P y ， 制备 纳米复合 材料 并考察了 单体摩尔比 对制备纳米复合微球的影响， 通过 U V ， SEM， FT I R， XR D 对制备的 P P y / A g 纳米复合材料进行了表征， 结果表明 吡咯 单 体与 硝 酸银 的 物质 的 量 的比 为 0.9 : 1时制得的棒状 P P y / A g 纳米复合材料 ， 棒状粒 子的圆球头部的平均直径为 300 500 nm � SEM 和 FT I R 表明银粒子聚吡咯包覆其中形成了核壳结构 的复合材料
［2 ］
( D P S ) 2 Cu - H 2 O 2 ) 传感器并对其进行了测试 � 实 验表明， 还原态的 P P y 骨架不带电荷 ， 氧化态的 P P y 骨架 由 于失 去 电子 而 带正 电 荷， 此时， 溶液 中 的 ( D P S ) 2 Cu 阴离子作为抗衡离子进入 P P y 骨架中以 PP y / 保持 其 电 中 性� 在 中 性 及 弱 酸 性 条 件 下， ( D P S ) 2 Cu 对 H 2 O 2 响应灵敏 ， ( D P S) 2 C u 对应的还
A : P ol y py r rol e ( P P y ) is a t y pic al c ond uc t ing pol y mer w it h good c ond uc t ivit y. P P y / inor ga nic nanoc ompos it e is a new k indofma t er ial .Bas ed on t he d evel opment of P P y / ingor ga nic na nopar t ic l es ， t he prepar at ion met hod s of P P y / inor ga nic nanoc ompos it es w er e s ummar ized ， a nd it s mec ha nic a l ， opt ic al and el ec t roma gnet ic pr opert ies .w ere int r od uc ed .T he pres ent r es ear c h andappl ic at ions of t he na noc ompos it es in t he f iel d s of c hemic a l s ens or s， ant is t a t ic mat erial s， c ond uc t ive pol y mer c a pa c it or s， s ec ond ar y ba t t eries andbiomed ic a l w er e int rod uc edas w el l. K : pol y py r rol e; inor ga nic na nopar t ic l es ; el ec t ric c ond uc t ivit y ; c ompos it e; inorganic mat eria l s
聚 吡 咯
/ 无机
刘
纳 米 复 合 材 料 研 究 进 展
* 梅 ， 李文光， 姚金程学院， 山东 济南 2503 53) 摘要: 聚吡咯( P P y ) 是一种典型的导 电高 分子材 料， 聚吡 咯 / 无 机纳米 复合 物是一 种新 型材料� 本文 综述了 聚吡 咯/ 无机纳米粒子的发展状况， 概括了 P P y / 无机纳米复合材料的制 备方法， 并介绍了 聚吡咯 / 无机纳 米复合 材料的 力学， 光学 和电磁学等性能及其在传感器, 抗静电材 料, 导 电高分 子电容 器, 二 次电极 及生物 医学等 方面的应 用及 发展趋势� 关键词: 聚吡咯; 无机纳米粒子; 导电; 复合材料; 无机材料 Q3 42.8 中图分类号: T 文献标识码: A
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聚吡咯 / 金属氧化物纳米复合材料
金属氧化物具有良好的半导体性质 ， 将其与纳
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第4期
刘
军， 等: 聚吡咯 / 无机纳米复合材料研究进展
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米 P P y 复合可以制备出具有良好光电性质的新型复 合材料 �
和不同表面活性剂浓度下制备出尖晶石铁酸盐， 然 后再 将 P P y 包 覆 在 铁 酸 盐 上 制 成 P P y / 铁酸 钴
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引言
导电 , 导热 , 力学性能 , 加工性能等得到改善� 这种 复合材料具有很广阔的应用前景 ， 迅速成为纳米复 合材料领域的研究热点 � 目前， 聚吡咯 / 无机纳米复合材料主要分为以下 几类 ， 聚吡咯 / 金属单质纳米复合材料， 聚吡咯 / 金属 氧化物纳米复合材料 ， 聚吡咯 / 无机复合材料几类 �
( CoFe2 O 4 ) 纳米复合材料� 在复合材料中 C oF e2 O 4 陈爱华等采用乙醇或 F eC13 溶液对 Fe3 O 4 纳米 粒子进行表 � 面处理， 然 后用 化学沉 淀法 制备 纳米 纳米微粒的大小为 3 30 nm， 当微粒直径到达一个 F e3 O 4 粒子 ， ， F e O 结果表明 临 界 值 时， 复 合 材料 将表 现 出超 级 顺磁 性 的 3 4 纳米粒子经过表面处理 后在 P P y 基体中的分散性明显提升， 纳米 F e3 O 4 粒子 被包覆在 P P y 层内， 包覆层厚度约为 1 0 nm; 同时该 纳米复合材料具有较好的电性能和磁性能， 其环境稳 定性明显优于纯 P P y ; 但材料的矫顽力很低， 分别只 有 0.037 5 0.5 12 A / m 和 0.0625 0.150 A / m［9］� M. Ma l l ouk i 等 在 含 侧 甲 苯 磺 酸 盐 ( P T S) 的 F e2 O 3 胶体溶液中进行吡咯单体的化学聚合， 在不同 的温度下制得 P P y / F e2 O 3 纳米复合 材料， 得到复合 粒 子 尺 寸 为 25 50 nm ， 材 料 的 电导 率 高 达 56.6 S / c m， 进一步研究表明 ， 用该材料制备的电极 具有较大的电容量可达 53A � h / k g 并且具有较高 ， 的稳 定 性 显 示 出 极 好 的 应 用 前 景［10］�另 外， 行为［14］� 太惠玲等人用化学氧化聚合和静电力自组装相 结合的方法制备了聚吡咯 / 纳米二氧化钛复合材料 � 测试表明 ， 制备出的复合材料制备的气体传感器具 有良好的 N H 3 敏感性和较快的响应回复时间， 而且 稳定 性 好， 在 室温 条 件 下 湿 度 对 传 感 器 的 影 响 较小［15］� P P y， 耿丽娜等人用 F eC l 并用 3 为氧化剂制备了 机械共混的方法制备了聚吡咯 / 二氧化锡杂化材料 � 并讨论了氧化剂用量对 P P y 气敏性的影响� 结果表 P y 的物质的量的比值超过 3 时 P P y 明， 当 F eCl 3和