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材料分析方法天津大学

篇一：材料分析方法案例(天津大学)

聚苯胺（Pani）米纤维的制备和表征

一、引言

近年来,一维微/纳米结构的聚苯胺(Pani),如微/纳米棒、线、管及纤维

等,由于在传感器及

其它的微/纳米器件等领域具有很好的应用前景,因此备受科学家们的

关注。一维微/纳米结构聚苯胺的合成方法可以采用径迹蚀刻聚合物

膜和多孔氧化铝膜等为模板的硬模板法;也可以用液晶、聚电解质、

胶束、表面活性剂等软物质为模板的软模板法,以及最近报道的界面

聚合法及晶种法[63～66]。聚苯胺(Pani)最早由macdiarmid[67]在酸性

条件下使苯胺聚合而获得,具有电导率高且可调、密度小、原料价廉

易得、易于合成等优点,在显示器件、二次电池、电磁屏蔽、气体分

离、非线性光学器件等方面具有广阔的应用前景[68,69]。然而,聚苯

胺由于具有高度芳香性、较高的化学稳定性和热稳定性的结构,导致

其不溶不熔,难以加工应用。将纳米技术如静电纺丝方法等引入聚苯

胺材料中,不仅能解决加工成型问题,而且还能使其集导电性和纳米效

应于一体。

二、静电纺丝技术制备Pani纳米纤维

2.1试剂和仪器

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2.1.1主要试剂

聚丙烯腈(=90,000nm)分析纯北京益利精细化学品有限公司苯胺（ani）

分析纯广东汕头市西陇化工厂过硫酸铵（aPS）分析纯北京化工厂n,n-

二甲基甲酰胺分析纯天津天泰精细化学品有限公司

无水乙醇分析纯北京化工厂

2.1.2主要仪器

magna560FT-iR红外光谱仪、Rigakud/max2500VPcX射线衍射仪、拉

曼光谱（FT-

Raman）、HitachiS2570扫描电子显微镜、d2F-6050真空干燥箱（上

海精宏实验设备有限公司）、SRJX-4-13单相自动温控电炉(沈阳电炉

厂)、dJ-1电动搅拌器（山东省鄄城华鲁电热仪器有限公司）、cHJ-1

磁力恒温搅拌器（上海南汇电讯器材厂）、Ja20XXn电子天平（上海

精密科学仪器有限公司）。自组装了一台纺丝装置。

2.2实验过程

取上一章介绍制备的纤维毡，先将纤维毡连同铝箔纸用剪刀剪成适当

大小，然后将铝箔纸用尖嘴医用镊子小心撕掉，得到单纯的Pan/Pani

前躯体纤维毡。将其平铺在坩埚或方舟内，放置于马弗炉中，开始加

热。热处理在本文中是一个关键的步骤，升温速率的控制决定着氧化

物纤维生长的形貌。经过大量的实验研究，我们最终确定升温速度应

该控制在约20°c/h，当温度上升至300°c，350°c，400°c，450°c时分

别在这些温度下保持3h并且取样表征。3结果与讨论

样品在热处理中发生了很大的变化，处理前是深紫色的纤维，300°c

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时体积明显收缩，

颜色加深，当达到350°c时，颜色变成灰褐色，以后，样品颜色也不

再发生变化。随着温度的升高，样品体积逐渐收缩，直至消失。因

Pan和Pani都为高聚物，加热到一定温度都会氧化分解，但Pan要比

Pani的热分解温度低很多，我们就利用这个温度差值制备Pnai纳米

纤维。

3.1扫描电镜（SEm）

图4-1不同温度处理的Pna/Pani复合纤维的样品扫描电镜照片：

(a)300°c(b)350°c

(c)400°c(d)450°c

经过不同温度煅烧的纤维的形貌如图4-1。其中4-1(a)为煅烧到300°c

的纤维，由扫描电镜的照片可以看出Pna/Pani复合纤维直径较大，直

径大约为500纳米左右，表面相对光滑，彼此没有交联。而由经过煅

烧后的2-4(b)可以看出，由于纤维中的Pan逐渐分解，纤维产生非常

明显的收缩，直径由原来的500nm减小到约400nm。纤维在热处理

过程中，除了体积上的明显收缩以外，纤维表面不再光滑，并且有一

定的交联。烧至400℃，纤维开始断裂，纤维变得粗细不均，有团聚

迹象。烧至450℃，纤维彻底变成微米片。基于以上变化，我们认为

变化是这样的，Pna/Pani复合纤维在煅烧前后起结构模板作用，通过

缓慢控温氧化除去了Pan使Pani在缓慢分解后仍保持纤维状。但煅

烧至45