導電聚吡咯薄膜的制備與表征及電學與力學行為研究.pdf

1、自1977年發(fā)現(xiàn)導電聚合物以來,該領域獲得了長足的發(fā)展,其中聚吡咯(PPy)材料以其高電導率、環(huán)境穩(wěn)定性好、無毒等優(yōu)點最具發(fā)展?jié)摿?。隨著聚吡咯的應用日益廣泛,暴露出的電學、力學等基礎性問題也開始增多,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PPy薄膜材料目前在納米力學、電學及力-電耦合等方面研究匱乏的情況,著重對上述問題進行深入研究。
　　 首先,本文采用LK2005A型電化學工作站,以吡咯為單體,針對聚合電位、

2、聚合時間、摻雜離子及基底的種類等影響因素,設計了不同制備參數(shù)及條件下恒電位沉積PPy薄膜的實驗方案。
　　 其次,通過各種表征手段測試了PPy薄膜樣品的相關特性。利用傅里葉變換紅外光譜(FF-IR)與拉曼光譜聯(lián)動,發(fā)現(xiàn)0.7V的電位下制備的摻雜有對甲苯磺酸鹽(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構的影響,而電極表面的化學性質及粗糙度亦會

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

4、的形成是導致薄膜力學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性能,而大尺寸的對陰離子可對聚吡咯給予良好的結構支撐作用。適當減少薄膜制備時的時間可提高薄膜的致密性,這也可改善聚吡咯薄膜的力學性能,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,通過配有電接觸阻抗(nano-ECR)模塊的納米力學測試系統(tǒng)研究PPy薄膜的微觀電學性能,在硅基底上生長的聚吡咯薄