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《原位聚合沉積制備高質(zhì)量透明導電聚苯胺(PANI)薄膜》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、原位聚合沉積制備高質(zhì)量透明導電聚苯胺（PANI）薄膜陶雪鈺陳驍王曉磊王丹魏琦吳其曄教育部橡塑工程重點實驗室，青島科技大學，青島266042關鍵詞：原位聚合沉積，導電聚苯胺膜，聚乙烯吡咯烷酮，十八烷基三氯硅烷1引言導電聚苯胺（PANI）結(jié)構多樣化，耐高溫及抗氧化性能良好，導電性能優(yōu)良并且在空氣中穩(wěn)定，但聚苯胺為共軛的剛性鏈結(jié)構，不溶不熔，限制了其加工應用。制備PANI薄膜是改善其加工性的有效途徑之一。許多基體浸入含有氧化劑的苯胺酸性溶液后，在其表面會自發(fā)地沉積PANI薄膜；即原位聚合（in-situ[1]polymerization）沉積涂膜技術。該方法既可改善導電聚
2、苯胺的加工性，又易工業(yè)化。透明導電PANI薄膜具有優(yōu)異的電學和光學性能，在光電器件及微電子器件方面具有潛在的應用前景。但實驗證明沉淀聚合體系中所得PANI薄膜表面形[2][3]貌粗糙，主要由水相中直接生成的PANI顆粒形狀不規(guī)則、排列疏松所致；[4]加入穩(wěn)定劑可以降低表面粗糙度。國外文獻報道了苯胺分散聚合體系玻璃表面PANI膜的生長，并討論了薄膜與溶液中同時生成的膠體粒子之間的關系。本文主要以水溶性高分子聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為穩(wěn)定劑，玻璃為基體，在苯胺的分散聚合中原位沉積高質(zhì)量（表面光滑，膜厚可控，電導率可調(diào)）透明導電PANI薄膜，研究了薄膜質(zhì)量的影響因素。2實
3、驗部分采用0.05M～0.4M的苯胺（An）與0.0625M～0.5M的過硫酸胺（APS）氧化，苯胺與過硫酸胺的摩爾比為1：1.25，并加入1wt％的PVP水溶液，將仔細清洗過的玻璃片放入反應容器，于冰水混合浴中進行電磁攪拌。在不同反應時間取出玻璃基片，用1MHCl沖洗，然后浸入0.2M的苯胺鹽酸溶液中，使聚苯胺由全氧化態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g氧化態(tài)。30min后，用1MHCl沖洗，浸泡30min，取出后自然晾干，即可制得綠色透明導電PANI薄膜。3結(jié)果與討論3.1苯胺（An）單體濃度對PANI膜厚的影響固定反應中苯胺與過硫酸胺的摩爾比，PANI膜厚隨苯胺濃度的增大而增大（Fi
4、g.1）。這是因為升高苯胺濃度，產(chǎn)生的苯胺陽離子自由基增多，其吸附在玻1璃表面的機會變大，且聚合得到的PANI分子量增大，從而得到較厚的PANI膜。但苯胺濃度增大，聚合成膜速率加快，造成PANI膜表觀質(zhì)量下降；苯胺濃度過低，所得PANI膜較薄且不均勻。實驗結(jié)果表明，體系中穩(wěn)定劑PVP用量為1wt%時，0.2M苯胺濃度是制備高質(zhì)量PANI膜的最佳單體濃度。在上述條件下得到的PANI薄膜厚度為65nm時，在400－800nm透光窗口內(nèi)，其透光率可達80％。140120mn100/ses80knic60hT40200.000.050.100.150.200.250.300
5、.350.400.45Anconcentration/MFig.1TheeffectofAnconcentrationonthethicknessofPANIfilms3.2穩(wěn)定劑PVP濃度對PANI薄膜電導率的影響Fig.2TherelationbetweenPVPconcentrationandconductivityofthefilm圖2為在苯胺濃度0.2M的分散聚合體系，采用不同濃度穩(wěn)定劑PVP得到的PANI薄膜電導率。從圖中可看出，隨PVP濃度增大，PANI薄膜電導率降低。這是因為隨PVP濃度增大，PANI膜表面吸附的PANI/PVP膠體粒子增多，PVP是
6、不導電高分子。因此，PVP用量減少，PANI薄膜電導率增大。當體系中PVP-1濃度為0.125wt％時，PANI膜電導率可達5.0S·cm。23.3基體表面性質(zhì)對PANI薄膜形貌的影響同一玻璃基片，部分采用十八烷基三氯硅烷(OTS)處理，部分只清洗干凈，在同一聚合體系中沉積PANI薄膜，其形貌如圖3（A）和圖3（B）所示。可以看到基體表面性質(zhì)與膜的微觀形貌有很大關系。相同沉積時間（8min），親水表面的薄膜由排列松散的橢球狀顆粒構成，粒子間存在空隙（Fig.3B），粒子大小為100-120nm；經(jīng)OTS處理后，疏水表面的薄膜由連續(xù)致密的米粒狀顆粒組成，粒子之間堆積得
7、更加緊密，形成連續(xù)的整體，膜光滑致密（Fig.3A），構成PANI膜的粒子尺寸大小為20－40nm。由此可見OTS憎水處理的基體可以到表觀質(zhì)量更好厚度更均一的PANI薄膜。從圖還可看出，反應時間相同，基體表面的覆蓋程度不同，這也說明經(jīng)OTS處理的憎水表面PANI膜的沉積速率高于親水表面膜的沉積速率。100nmABFig.3A:Hydrophobicsubstratesurface；B:Hydrophilicsubstratesurface.4.結(jié)論1.采用苯胺的分散聚合體系，通過原位聚合沉積技術，在玻璃表面制備了高質(zhì)量的透明導電PANI薄膜；穩(wěn)定劑PVP的加入明
