高質(zhì)量透明導電聚苯胺薄膜的制備及原位聚合沉積機理探討.pdf

1、透明導電有機(聚合物)薄膜是一類具有導電性、光電性等多重功能的新型材料，因具有特殊的優(yōu)良性能，近年來研究工作十分活躍，并已在太陽能電池、透明電極、光電轉(zhuǎn)換和自動控制、紅外反射、熱電轉(zhuǎn)換、電磁吸收與屏蔽等方面得到應用。本課題選擇典型導電聚合物——聚苯胺(PANI)，在不同基體材料表面原位聚合沉積(In-situ Polymerization)制備高品質(zhì)透明導電PANI薄膜。分別從選擇聚苯胺分散聚合所用的空間穩(wěn)定劑，對比無機、有機空間穩(wěn)定劑

2、對聚苯胺薄膜形態(tài)的影響；采用偶聯(lián)劑改變玻璃基體表面性質(zhì)，考察表面的親水/憎水性對成膜速度、成膜質(zhì)量的影響；選擇不同基體材料，研究聚苯胺在不同材質(zhì)表面成膜的差異，探索制備功能互補的聚酰亞胺一聚苯胺復合膜的條件；并根據(jù)實驗結(jié)果，考察聚苯胺在玻璃表面成膜的驅(qū)動力、對比聚苯胺在溶液中和在玻璃表面聚合速度的差異，研究原位聚合沉積制備高品質(zhì)導電薄膜的機理和模型。 結(jié)果表明，聚苯胺分散聚合中采用無機納米微粒二氧化硅為空間穩(wěn)定劑，為玻璃表面PA

3、NI薄膜的生長提供了一個穩(wěn)定的環(huán)境，對薄膜的表觀質(zhì)量有很大改善作用。薄膜厚度在3-300nm之間，電導率在3×10<'-3>～1.8×10<'-2>S·cm<'-1>之間，屬半導體范圍。相對于不加穩(wěn)定劑的苯胺化學氧化體系，納米二氧化硅的加入，使苯胺聚合的速度減慢，誘導期延長，反應中溶液達到的最大溫度降低。紅外光譜分析表明，譜圖中未見空間穩(wěn)定劑的特征吸收峰，說明它們沒有參與PANI薄膜的聚合增長。X射線衍射分析表明，薄膜的結(jié)晶度很低。微米

4、級二氧化硅的分散穩(wěn)定效果不如納米級二氧化硅，隨二氧化硅粒徑增大，反應誘導期縮短，速度加快，但薄膜表觀質(zhì)量下降，表面變得粗糙，且黏附一些片層狀PANI。 分別采用十八烷基三氯硅烷(OTS)、r-縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷和N-苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷等對玻璃表面進行憎水改性處理。發(fā)現(xiàn)與親水性較強的玻璃表面相比，苯胺陽離子自由基及其低聚體更容易在憎水性表面吸附，吸附速度更快，成核中心密度更大，薄膜的表觀質(zhì)量、厚度和電導率都有不同

5、程度的提高。其中尤以OTS改性的效果最為顯著。利用苯胺在親/憎水表面吸附、沉積的速度差，可以進行聚苯胺在玻璃表面的圖案化沉積，進行微電路、微器件設計。 除在玻璃表面成膜外，實驗選擇新型聚酰亞胺薄膜為基體，在聚酰亞胺薄膜上原位聚合沉積聚苯胺薄膜，制備功能互補的聚酰亞胺/聚苯胺復合膜。實驗發(fā)現(xiàn)，由于聚酰亞胺的表面官能團、極性及憎水性與聚苯胺相似，因此苯胺陽離子自由基易在其表面吸附，且對苯胺聚合存在明顯的催化作用，使分散聚合的誘導期縮

6、短，反應速度加快，薄膜的生長速度加快，得到表觀質(zhì)量良好的復合薄膜。薄膜厚度在29～123nm之間，電導率最大達到7.502×10<'-3>S·cm<'-1>。 本工作另一特色是對玻璃表面聚苯胺成膜的機理進行了較為深入的研究。結(jié)果表明，苯胺單體吸附到玻璃表面的直接驅(qū)動力有二，一是玻璃表面的浸潤作用，二是苯胺陽離子自由基本身的吸附活性，在疏水效應和范德華力共同作用下，苯胺陽離子自由基吸附到玻璃表面，成為鏈增長的活性中心。通過對PAN