聚苯胺竹炭复合材料的制备及其性能研究的中期报告

聚苯胺竹炭复合材料的制备及其性能研究的中期报告（注：此为机器翻译结果）摘要：本文提出了一种制备聚苯胺竹炭复合材料的方法，并对其材料性能进行研究。采用化学聚合物化和热解碳化法将聚苯胺和竹炭制备成复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、热重分析（TGA）和电导率测试等对材料进行了表征。研究结果表明，复合材料的表面形貌均匀，内部致密，含有大量的官能团。随着竹炭质量分数的增加，复合材料的结晶度和耐高温性能显著提高，且电导率随之提高。关键词：聚苯胺；竹炭；复合材料；表征；材料性能引言聚苯胺是一种具有良好导电性、稳定性和化学稳定性的高分子材料，已被广泛应用于传感、电池和催化剂等领域[1-3]。竹炭是一种天然的、有机的、多孔的、具有良好的吸附性和可生物降解性的材料，具有广泛的应用前景[4-6]。将聚苯胺和竹炭制备成复合材料，不仅可以综合利用两种材料的优点，还可以扩展其应用领域。制备过程将苯胺、氯化铁（FeCl3）和盐酸（HCl）按照摩尔比（1:1:6）混合后一滴滴地加入去离子水中，得到聚苯胺溶液。将聚苯胺溶液和竹炭粉按照一定的比例混合，并于室温下反应12h，制备出聚苯胺竹炭复合材料。将复合材料经热解碳化，得到聚苯胺竹炭复合材料。表征和性能研究通过SEM表征了复合材料的表面形貌。从图1中可以看出，复合材料的表面平整且均匀，内部致密，且没有孔洞存在，这是竹炭提供的优良物理性能的结果。同时，复合材料表面也存在着一些微小的颗粒，这可能是反应过程中产生的小分子聚合物或未反应的苯胺单体。图1聚苯胺竹炭复合材料的SEM图像通过FT-IR对复合材料进行表征，图2为聚苯胺、竹炭和聚苯胺竹炭复合材料的典型FT-IR谱图。可以看出，聚苯胺和聚苯胺竹炭复合材料的FT-IR谱图具有相似的吸收峰，但是其中一些峰的强度和位置发生了改变。如1650cm-1附近的峰，它代表了苯胺分子中的酰胺基和胺基，它的强度在聚苯胺中要强于在聚苯胺竹炭复合材料中。这可以说明在复合材料中，竹炭对聚苯胺的分子结构产生了影响，使得竹炭的亲水性大大降低。图2聚苯胺、竹炭和聚苯胺竹炭复合材料的FT-IR谱图运用TGA技术对复合材料进行热稳定性测试（图3）。从图中可以看出，复合材料的失重率随温度升高而逐渐增大。在300℃以下，复合材料的失重率很小，但随着温度升高，复合材料的失重率迅速增大，表明复合材料在高温下的稳定性较差。根据文献[7,8]中报道的方法，我们计算了复合材料的热分解活化能，结果表明随着竹炭质量分数的增加，复合材料的热分解活化能显著提高，这表明竹炭可以有效地提高复合材料的热稳定性。图3复合材料的TGA曲线最后，对复合材料的电导率进行测试。从图4中可以看出，复合材料的电导率随着竹炭质量分数的增加而逐渐增大，这是由于竹炭本身具有一定的导电性。同时，由于复合材料中富含官能团，这些官能团可以有效地改善复合材料的导电性能。因此，当竹炭和聚苯胺的比例为1:1时，复合材料的电导率最高。图4复合材料的电导率随竹炭质量分数变化的曲线结论本文提出了一种制备聚苯胺竹炭复合材料的方法，并研究了其材料性能。研究结果表明，聚苯胺竹炭复合材料的表面形貌均匀，内部致密，含