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材料分析方法天津大学 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 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 Magna 560 FT-IR 红外光谱仪、Rigaku D/max 2500V PCX 射线衍射仪、拉曼光谱（FT- Raman）、Hitachi S2570 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）、JA2003N 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450℃纤维成为了微米片，这是由于PANI在高温分解所致。 3.2 红外光谱 (FT-IR) 图4-2 不同温度处理的PNA/PANI复合纤维的红外光谱：(a)400°C (b)350°C (c)300°C (d)PAN/PANI (e)PAN 图4-2不同温度处理的PNA/PANI复合纤维的样品400°C 、350°C 、300°C、 PAN/ANI复合纳米纤维、纯PAN纳米纤维红外的结果，通过这些含有不同物质纤维样品的红外谱图，我们可以看出，随着处理温度的不断升高，PAN逐渐分解，我们可以明显的发现，PAN的2240cm-1处的C-N振动峰的消失，证明PAN已经完全分