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1、导电高分子复合材料碳纳米管/聚（元硝基苯胺）的合成与表征摘要在目前的研究计划，我们所描述的含有多壁碳纳米管，通过掺杂polymetanitroaniline（PMNA）原位聚合的羧基合成酸，元- 硝基苯胺单体吸附在碳纳米管表面和聚合形成PMNA / C-碳纳米管复合材料。通过紫外可见光谱，红外光谱，X射线衍射图样PMNA / C-碳纳米管复合材料的结构进行了表征。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）图像表明，可以观察到的较薄的纤维相和较大块相。个别纤维状阶段的直径约100纳米，因此必须涂由PMNA层的碳纳米管（直径10-20纳米）。与C-碳纳米管含量的增加的PMNA / C-碳纳
2、米管的电导率增加。关键词 聚-多壁碳纳米管-的纤维状阶段-电导率引言独特的电子和机械性能的碳纳米管（碳纳米管） 1 - 6 ，以及他们的长径比和低密度 7 ，已显示出巨大潜力，如电磁干扰，屏蔽 8 纳米电子器件，薄膜晶体管 9 。近年来，已开展了大量的新型纳米复合材料的制备与碳纳米管复合材料的填料研究。已被广泛使用的主体材料，包括聚合物 10，11 ，陶瓷 12 和金属 13 。Ajayan和他的同事 14 首次报道碳纳米管聚合物复合材料的制备，通过机械混合的多壁碳纳米管和环氧树脂。从那时起，很多努力都集中在碳纳米管作为加强在聚合物基体元素，以获得更好的性能的新材料的先进复合材料的设计和准备。
3、主机材料包括广泛的不等规聚合物，如共轭导电聚合物聚吡咯15 和聚P-phenylenevynilene的 16 绝缘聚合物（如聚苯乙烯 16 - 19，聚metha -丙烯酸酯 19 聚乙烯醇 20 ）。如在原位聚合 21 ，溶剂法 17 或熔化混合 22 已通过纳米复合材料的制备。在众多导电聚合物中，聚苯胺（PANI）具有潜在的用途，在合成聚合物/碳纳米管复合材料，由于其良好的加工性能，稳定的环境，其氧化或质子可调的电光性能 23，24 。在设计和制造一些聚苯胺/碳纳米管复合材料由于其独特的电气性能，以及在电子设备的广泛应用 25 - 27 ，已取得相当大的进步。最近，许多合成聚苯胺/碳纳米
4、管复合材料的新方法已得到了很好的研究。由wan和同事 28 通过自组装过程中合成了磺化碳纳米管掺杂聚苯胺纳米管。脉泽等人 29 报告形成自对准的可溶性聚苯胺/碳纳米管通过原位方法简单电影。张和同事 23 开发了一种阳离子表面活性剂的直接法合成聚苯胺/碳纳米管复合材料的纳米电缆。吴等人 30 在管状聚苯胺/碳纳米管复合材料的原位聚合中得到羧基修饰碳纳米管。然而，聚苯胺/碳纳米管的主要缺点是它不溶于常用的有机溶剂，其溶性。因此，进行搜索，以找出水溶性聚苯胺衍生更多的溶解度和更好的加工性能的碳纳米管反应。在我们的研究计划的一硝基取代苯胺元-硝基苯胺，如已选择2组（-R的作用与碳纳米管有一个强大的电子
5、撤回-NO的聚合） 31 。氧化态的聚（metanotroaniline）图。 1。图 1 的polymetanitroaniline结构我们希望描述在原位聚合制备碳纳米管的合成和表征PMNA。包括傅立叶变换红外光谱（FTIR），扫描电子显微镜（SEM），透射电子显微镜（TEM），X射线衍射（XRD）和电导率的技术，纳米复合材料进行了表征。工作程序物料元硝基苯胺和苯胺单体购自Aldrich公司。购买便宜管（美国，直径10-20纳米）的多壁碳纳米管（ 90净化）在这项工作中使用。过硫酸铵（APS），盐酸，硫酸和硝酸（西格玛化工）等其他试剂均为分析纯。氧化的碳纳米管碳纳米管悬浮在3:1混合的集中
6、2 SO 4和HNO 3，回流30分钟，在超声波浴。磁搅拌的解决方案，并在60C加热24小时。这种治疗方法在管表面缺陷提供羧酸组和去角质石墨。获得C-MWCNTs的过滤0.2微米的聚四氟乙烯膜过滤，用大量去离子水洗涤至pH值约为7，在70干燥24小时，C。预计修改后的C-碳纳米管结构的结构显示在图 2。PMNA / C-碳纳米管聚合物复合材料的合成PMNA / C-MWCNT复合材料原位化学氧化聚合方法合成了。在一个典型的实验中，C-MWCNTs的不同重量比在80毫升1.2 M盐酸溶液溶解，超声超过2小时，转移到250 mL烧杯中，苯胺（15间硝基苯胺的摩尔） 31 和元硝基苯胺（1.37克）
7、，添加到上面的C-碳纳米管悬浮。随后暂停在室温恒定机械搅拌加入50毫升1.2 M盐酸含有6.8过硫酸铵（APS）的解决方案。反应混合物进一步搅拌12小时，然后过滤。其余滤饼用蒸馏水和乙醇冲洗数次。由此获得的粉末在真空条件下干燥24小时在60C。C-碳纳米管常用的0，2，5和10。一个可能的纳米结构示意图配置如图 3。测量红外光谱傅里叶变换红外光谱（FT-IR），分别用Nicolet 8700光谱仪，记录在400-4,000厘米-1的范围。扫描电子显微镜调查的PMNA / C-碳纳米管复合材料的形貌用扫描电子显微镜，加速电压为25千伏的菲利普加大30。样品在液氮温度下断裂，然后涂上一层薄薄的黄金
8、前观察。透射电子显微镜在日立H-8100电子显微镜透射电子显微镜（TEM）实验进行了一个200千伏的加速电压。X射线衍射X射线衍射（理学D / MAX，2500伏，铜K辐射：1.54056A）上都的纯PMNA和复合材料样品进行实验。广角X射线diffractograms被记录在温度为30C等温结晶后，在此温度范围0-80（2）1小时。电导率标准范德Pauw法直流四探针法是用来衡量PMNA，PMNA / C-碳纳米管复合材料的电子传输行为。的PMNA和PMNA / C-碳纳米管样品被压成颗粒。颗粒被切成方形。被放置在广场上的四个探头的仪器，提供可以得到相应的电流电压。样品的电导率，按下列公式计算
9、：，其中是电导率，S是样本的侧面积，我是通过外部探头通过电流， E是跨内探针的电压降。结果与讨论C-碳纳米管的FT-IR红外红外光谱用于表征结构PMNA / C-碳纳米管复合材料在图 4所示。聚（间硝基苯胺），苯醌环的振动模式的红外光谱出现在1,512厘米-1和带，在该地区从738厘米-1存在的确认，目前1,2,4 -三取代环醌和苯环的伸缩振动在高分子骨干可比强度表明，聚合物在掺杂状态类似的聚苯胺- EB形式获得32 。特征对称伸展的NO 2组，在1,345 cm -1处出现。由于C-碳纳米管羧酸组的存在被证实的C = O键伸缩，出现约1,681厘米-1，而在1,127厘米波段-1是由于-CO
10、OH基团的C-O伸缩振动。形态：扫描电镜和透射电镜SEM和TEM图像产生PMNA / C-碳纳米管复合形态的特点。图 5显示了典型的SEM图像PMNA / C-碳纳米管复合材料，从2至10不等的C-MWCNTs的内容。图像清晰地显示，有两种不同类型的阶段，可见较薄的纤维相和块相较大。随着C-碳纳米管的增加，越来越多个人的纤维相形成（图 5）。个别纤维状阶段有直径约100纳米。的PMNA / C-碳纳米管复合材料的直径大于原来的C-碳纳米管（直径20-30纳米）。因此，必须涂由PMNA层的碳纳米管。图 6显示了个人PMNA /含10 WT C-碳纳米管纤维阶段的TEM图像。C-碳纳米管。从图像中
11、，我们可以清楚地确定PMNA / C-碳纳米管复合纤维相核心（C-碳纳米管）壳（PMNA）的管状结构。然而，涂层纤维相不是很均匀，更多的“块”结构组成。这一结果可能意味着的PMNA和碳纳米管之间的相互作用，是不是很强烈。相复合纤维的形成机制被认为是来自元硝基苯胺单体和c-碳纳米管之间的弱相互作用。相互作用可能涉及C-碳纳米管元硝基苯胺单体之间的-电子相互作用 33 和C-碳纳米管元-硝基苯胺单体的胺基羧基之间的氢键相互作用。X射线衍射裸共聚物和2,5,10C-碳纳米管复合材料的XRD图谱如图7。X射线衍射纳米复合材料的图案（图 7 B，C，D）表明，有两个明显的阶段：共聚物的阶段，其中有两个尖
12、锐的峰，在2= 29和43C-碳纳米管相。这意味着，纳米复合材料的样品比裸共聚物的结晶性质。这可以归因于共聚物的结晶相在纳米复合材料的开发。一个小高峰出现在2值43C间提出的C-碳纳米管纳米复合材料的存在。电导率测定电导率PMNA/c- MWCNT复合材料使用标准的Van der Pauw法直流四探针法在图中8所示。210 -4 S / cm的电导率PMNA盐酸在室温下合成。与此同时，由2C-碳纳米管到PMNA，电导率在室温温度升高2至9.110的除了-4 S / cm的。此外，在室温下的电导率逐渐增大到1.110 -3，9.210 -3 的S / 5和10厘米C-碳纳米管的内容。为改善电导率的原因是C-碳纳米管表面和共聚物链醌环之间的-*相互作用34 - 36 ，从而有效地提高了两个组件之间的电子离域程度，通过FT确认红外。 结论通过原位聚合成功地合成了polymetanitroaniline / C-碳纳米管纳米复合材料具有很强的吸电子组元位置。纳米复合材料的特点，利用红外光谱，X射线衍射，扫描电镜和透射电镜分析。已经确定了复合材料的电导率。通过FTIR证实了C-碳纳米管和共聚物链之间的相互作用。据推测，C-碳纳米管为核心形成的的纤维PMNA / C-碳纳米管复合材料的管状壳。高度有序的纳米复合材料的结构经XRD图谱。增加C-碳纳米管纳米复合材料的房间温度电导率增加。
