导电聚合物聚苯胺和聚吡咯的纳米结构兼具有机半导体和纳米结构的特点,在电极材料、传感器、超级电容器和电磁屏蔽等方面具有广泛的应用前景。因此,制备形貌可控、更具实用价值的多功能导电纳米复合材料,推进这些材料的产业化应用就显得非常重要。本论文以细菌纤维素为模板,采用原位氧化聚合法复合导电聚苯胺或聚吡咯,通过优化导电材料的反应参数,获取了形貌可控的导电高分子复合物,并对其在超级电容器上的应用进行了考察,获得的主要研究结果如下：以细菌纤维素为模板,采用原位氧化聚合法制备导电聚苯胺/细菌纤维素纳米复合材料,探索了反应条件对复合材料性能的影响。实验结果表明：为获得电导率高、比电容大、均匀的导电聚苯胺/细菌纤维素纳米复合材料,导电复合材料的最优化反应条件为：细菌纤维素与苯胺的质量比为0.1,氧化剂与苯胺的摩尔比为1.0,掺杂剂与苯胺的摩尔比1.2,反应温度为0℃,反应时间为4h和反应体系为DMF/H2O(1:2, v/v)。所获得的复合材料的电导率最高可达5.1 S/cm,在电容器应用中当电流密度为0.2 A/g时,比电容高达265 F/g。以细菌纤维素为模板,采用原位氧化聚合法制备导电聚吡咯/细菌纤维素纳米复合材料。通过探索反应条件对复合材料性能的影响,获得聚吡咯/细菌纤维素复合材料的最优化反应条件为：细菌纤维素与吡咯的质量比为0.1,氧化剂与吡咯的摩尔比为0.5,掺杂剂与吡咯的摩尔比1.2,反应温度为0℃,反应时间为6h和反应体系为DMF/H20(1：2,v/v)。复合材料的电导率高达77.0 S/cm,在电容器应用中比电容高达316 F/g(电流密度为0.2 A/g)。利用红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)、热失重分析仪(TGA)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、四探针测试仪和电化学等分析测试手段,对导电复合材料的结构、表面形貌、电化学性能进行表征,探索最优化的反应条件,推理以细菌纤维素为模板,原位聚合导电聚合物包覆细菌纤维素制备导电复合材料的原理。综上所述,本论文研发了具有高电导率、高电容、绿色环保、良好机械性能等特点的导电聚合物/细菌纤维素纳米复合材料,并确立了优化的反应条件。这些研究结果为进一步设计开发性能更为优异的导电功能材料、实现工业化和更大范围的应用提供了有益的科学依据。
