導(dǎo)電聚吡咯薄膜的制備與表征及電學(xué)與力學(xué)行為研究.pdf

1、自1977年發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電聚合物以來(lái),該領(lǐng)域獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展,其中聚吡咯(PPy)材料以其高電導(dǎo)率、環(huán)境穩(wěn)定性好、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)最具發(fā)展?jié)摿?。隨著聚吡咯的應(yīng)用日益廣泛,暴露出的電學(xué)、力學(xué)等基礎(chǔ)性問(wèn)題也開(kāi)始增多,從而制約了PPy薄膜作為器件材料的發(fā)展。因此本文主要針對(duì)PPy薄膜材料目前在納米力學(xué)、電學(xué)及力-電耦合等方面研究匱乏的情況,著重對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行深入研究。
　　 首先,本文采用LK2005A型電化學(xué)工作站,以吡咯為單體,針對(duì)聚合電位、

2、聚合時(shí)間、摻雜離子及基底的種類等影響因素,設(shè)計(jì)了不同制備參數(shù)及條件下恒電位沉積PPy薄膜的實(shí)驗(yàn)方案。
　　 其次,通過(guò)各種表征手段測(cè)試了PPy薄膜樣品的相關(guān)特性。利用傅里葉變換紅外光譜(FF-IR)與拉曼光譜聯(lián)動(dòng),發(fā)現(xiàn)0.7V的電位下制備的摻雜有對(duì)甲苯磺酸鹽(pTS)的PPy薄膜的共軛體系最大且摻雜程度的高低主要由聚合電位所致。SEM形貌分析表明,PPy薄膜的表面起伏與致密性受摻雜離子結(jié)構(gòu)的影響,而電極表面的化學(xué)性質(zhì)及粗糙度亦會(huì)

3、對(duì)節(jié)點(diǎn)顆粒尺寸造成影響。采用綜合熱分析儀對(duì)PPy薄膜的熱學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行表征,研究發(fā)現(xiàn)PPy薄膜的熱學(xué)性能根據(jù)摻雜離子的不同而表現(xiàn)迥異,這與對(duì)陰離子內(nèi)部自身的穩(wěn)定性(鍵能的大小)有關(guān)。另外,本文還利用四探針測(cè)試法研究PPy薄膜的宏觀電學(xué)特性,結(jié)果表明平面狀結(jié)構(gòu)的對(duì)陰離子使結(jié)晶程度的提高以及進(jìn)入PPy主鏈結(jié)構(gòu)中對(duì)陰離子數(shù)量的增加均能改善電導(dǎo)率。
　　 再次,采用納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的壓痕與劃痕模塊研究了PPy薄膜的納米力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)微缺陷

4、的形成是導(dǎo)致薄膜力學(xué)性能降低的主要因素,提高摻雜離子與PPy主鏈的糾纏可改善薄膜的力學(xué)性能,而大尺寸的對(duì)陰離子可對(duì)聚吡咯給予良好的結(jié)構(gòu)支撐作用。適當(dāng)減少薄膜制備時(shí)的時(shí)間可提高薄膜的致密性,這也可改善聚吡咯薄膜的力學(xué)性能,但由于PPy薄膜表面的粗糙程度與硬度較低,使得聚吡咯薄膜的摩擦性能與抗劃傷性能有限。
　　 最后,通過(guò)配有電接觸阻抗(nano-ECR)模塊的納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)研究PPy薄膜的微觀電學(xué)性能,在硅基底上生長(zhǎng)的聚吡咯薄