(整理)碳纳米管导电聚合物薄膜的制备与表征

1、精品文档摘要在这项研究中，异质结构，制得碳纳米管薄膜（CNT）/导电聚合物（CP）在透明基底上。单壁碳纳米管被沉积在透明基板上，并用作电极并以电化学方式在其上生长的CP薄膜。在实际应用中，所制得的异质结构可能是足够透明和导电的。我们使用聚吡咯或聚苯胺作为CP，通过改变整个化学和电化学条件得到不同的SWCNT的CP膜。我们测它的光吸收和导电性，以优化用于获得同时具有高导电性和透明度的薄膜的条件。我们分析它的拉曼光谱，来表征得到的薄膜。拉曼光谱显示碳纳米管和CP之间的的互作用引言众所周知，碳纳米管（CNT）有令人关注的机械性能和电性能。单层碳纳米管具有极高的杨氏模量，硬度和韧性。以及非常高的导电性

2、（大约2000S.cm-i在巴基纸，受限于石墨管管内变异过程）。共轭聚合物，尤其是聚苯胺（PA）和聚吡咯，是很好的导电聚合物（CP），而且它们的运输和光谱性质已经被深入研究过。其导电率强烈地依赖于它们的化学或局部结构，且获得它们的方法和条件对导电率影响也很大。其室温电导率值接近100S.cm-1为了提高其机械性能或电学性能，基于CNT不同的复合材料已经被开发。碳纳米管-聚合物复合材料，首先由Ajayan等人制备。通过机械混合的多壁碳纳米管和环氧树脂。从那时起，许多努力都集中碳纳米管聚合物复合材料的设计和制备，以获得一种新的材料，具有在特定的应用中所需的特性。这些研究都集中在CNT-CP等，即C

3、NT-PPV（聚对亚phenylenevynilene）,用于光伏器件；CNTpolyacetylene;CNT-PMMA和CNT-PPy-聚吡咯。通过共聚合，其中大部分与多壁碳纳米管，不同类型的复合材料包括PA已经制得，具有高达50wt%的多壁碳纳米管，或达到10wt%。我们在本研究的目的是为了获得可沉积在玻璃或塑料基板上的透明导电性薄膜;在后者的情况下所得到的异质结构的膜需要是可塑性强的，以使其适应于任何表面。2，实验步骤2.1o样本非常薄（近100-150nm）的随机取向的碳纳米管网，接近它们的逾渗阈值，沉积在透明的基底上：玻璃，石英或塑料（PVC）。这种纳米管是由HIPco工艺生长的单

4、壁碳纳米管。在用SDS（十二烷基硫酸钠）制备好光悬浮液（体积小于1%）后，用空气刷手枪将它们被喷洒的到基底上。一旦它干燥后，将样品浸没在纯水中并摇动以去除SDS。所得的CNT网的电阻范围为0.55千欧，这不足以满足他们在电化学电池中作为电极使用。先前用亚硫酰氯制得的功能化碳纳米管悬浮在氯苯中。一旦碳纳米管或碳纳米管/亚硫酰氯样品干了，我们用电化学的方法把他们沉积在导电聚合物CP，聚苯胺PA或PPy聚吡咯上当作工作电极。电化学沉积在恒电流条件下使用JaissleIMP83PC稳压器上进行。与聚苯胺碳纳米管（CNT-PA）生长在1MH2SO4和0.1M的苯胺的水溶液，其电位被控制根据SCE参考电极

5、，因为它是众所周知的，仅当数值在400V-750mV范围内出现中间氧化态形式。聚吡咯在乙腈中生长，用0.1M吡咯，0.2M高氯酸锂和1%H20,或如在参考文献中描述。2.2。表征在室温下，直流电导率是用一个吉时利197的微伏计在四探头装置下来衡量。拉曼光谱是用显微镜激光拉曼（乔宾Yvon的光谱仪）在632.82纳米波长下分析。3结果我们用原子力显微镜（AFM）,拉曼光谱，光吸收和直流电导率分析所得样品。3.1。原子力显微镜当我们比较碳纳米管网（图1a）的AFM图像与PA，CNT-PA网（图1b）时，我们可以观察到聚合物在碳纳米管上生长，可见其粒状结构。非常相似的原子力显微镜图像可以在功能化的C

6、NT（类似于图1a）或碳纳米管聚吡咯（类似于图1b）上观察到。图1（a）碳纳米管网的透明薄膜和（b）CNT-PA的AFM图像。我们可以看到,在聚合物在CNT上生长。CNT-PA网的厚度为从120到170纳米。3.2。拉曼光谱仪拉曼光谱是对碳纳米管和聚合物之间的可能的相互作用非常敏感。为了清楚地识别相同的多种类型的碳纳米管的拉曼光谱，我们做了自站立巴基纸（接近0.1毫米厚）：所获得，从SDS悬浮液，或原始CNTBP过滤;用亚硫酰氯功能化的碳纳米管，CNT/亚硫酰氯BP，以及作为工作电极沉积PA的巴基纸，CNT-PA的BP（图2）。RamanspectraofSOCI2-modifiedSWNTb

7、uckypaper10002000(Ire)A1-SUlu_3000Wavenumber(cm)图2，巴基纸波长为632.82nm的激光线的拉曼光谱（一）原始CNTBP;（二）巴基纸从以前功能化碳纳米管，碳纳米管/亚硫酰氯BP（c）与PA，CNT-PA。所有样品的呼吸模式是非常明显的，因为特征的CNT线几乎不变。由于PA，许多线出现在CNT-PA上，其可被认为导电的中间氧化态形式nCTj一SUJ2U一20000一15000一10000-5000一30000一(B)25000-20000一15000一110000一RamanspectraofthinlayerofcompositeSWNT-PA

8、niat633nmlaserlinePA3-14ggPA1301-g图3与(a)CNTswithPA碳纳米管薄膜薄网与(b)薄的CNT网相比的拉曼光谱;示出碳纳米管的拉曼特征谱线100020003000Wavenumber(cm*)图4不同沉积时间的CNT-PA的拉曼光谱：35分钟的PA3,115分钟的PA1。图3和图4示出了含有PA和不含PA(图3b)时，该透明薄膜的拉曼光谱是一致的。(在图3a电沉积时间35分钟，图4,T=115分钟)。我们可以看到，当t时间太长，某种退化的形式发生。这似乎与导电性降低和杨氏模量的降低相关,当使用CNT-PABP巴基纸时。薄的CNT聚吡咯的拉曼光谱强烈依赖于

9、不同的参数：电沉积时间和组合物，电流密度或电势，当化学沉积聚吡咯时。在CNT-聚吡咯的许多样品中，拉曼光谱完全不同于碳纳米管光谱：对应呼吸模式的线消失。这可能是因为实际样品中的聚吡咯太厚。为了表征样品并把它们的特性与电化学特征关联起来。进一步的工作正在进行中1009590uo屈一%85807570656050010001500200025003000九（rim）图5从功能化碳纳米管制得的碳纳米管/亚硫酰氯的薄膜，在整个红外可见光范围内高度透明。传输率达90%以上。PA,CNT-PA样本的光谱，显示平时吸收绿色波长，中间氧化态的特性。在图中CNT-PA两个不同样本对应两个不同的光谱。同样，有两个

10、CNT网的两个不同的样品的光谱。3.3。光吸收和导电性表1总结了一些结果。鉴于该研究的目的是要获得导电性且透明的薄膜，作为一种折衷的最佳性能被发现在附着有PA的薄膜，CNT-PA网，其中，当光的传输率（%T）接近80%时，导电率增加2-3倍，电阻值是0.20.5千欧。附着有聚吡咯的薄膜，CNT-PPy，该薄膜是稍微更好的导体，但透明不好。在功能化的碳纳米管，碳纳米管/亚硫酰氯。图5示出了其传输率高达90%，而仍然有相当好的导电性;但是，当一些PA沉积时，即使PA含量非常低，导电率也会以510倍速率下降。4讨论这里给出的结果表明，CNT导电性聚合物薄膜是透明的（从70%至90%），导电性对于某些特定的应用是足够的（其电阻值的范围从0.2到