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研究生:許瑞庭
研究生(外文):Jui-Ting Hsu
論文名稱:聚苯胺/奈米碳管複合材料之合成與性質研究
論文名稱(外文):Preparation and Property Studies of Polyaniline/Carbon Nanotube Nanocomposites Materials
指導教授:葉瑞銘葉瑞銘引用關係
指導教授(外文):Jui-Ming Yeh
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:化學研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:聚苯胺奈米碳管
外文關鍵詞:PolyanilineCarbon Nanotube
相關次數:
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本研究將合成一系列聚苯胺/奈米碳管複合材料,為了提升奈米碳管在聚苯胺中的分散性,首先將苯胺單體與奈米碳管進行熱迴流(reflux)反應,讓苯胺與奈米碳管表面產生化學鍵結(chemical bonding),進一步加入氧化劑過硫酸銨進行聚苯胺的氧化聚合(oxidation polymerization)。所合成之複合材料以開放電路電位法(open circuit potential)來監測整個聚合過程,以拉曼光譜來鑑定複合材料之特徵峰,以穿透式電子顯微鏡(TEM)及掃描式電子顯微鏡(SEM)來觀察奈米碳管在聚苯胺中的分散狀態與表面之型態。在性質探討方面集中在熱性質、電性質與表面性質。在奈米碳管導入聚苯胺之後可有效提升熱傳導性質、導電性及介電性。在表面性質方面,少量奈米碳管的導入可大幅提升水滴的接觸角。另外,奈米碳管物理混摻聚苯胺之複合材料亦製備為控制實驗組與之比較。
Various polyaniline/carbon nanotube (CNT) nanocomposite materials were produced chemically and characterized the thermodynamic, electric, dielectric, surface properties, and compare which was mixed with polyaniline powder and CNT mechanically. One of key issues in fabricating nanocomposites is dispersion of CNT in polyaniline. In order to increasing dispersion, the reflux reaction procedure was used to generate chemical bonding on CNT surface with aniline monomer. The aniline monomer on CNT surface via oxidation polymerization to form polyaniline by add ammonium peroxodisulfate ((NH4)2S2O8). Open circuit potential method is applied to monitor polymerization process. These nanocomposite materials were characterized by Raman spectrum, transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), thermal analysis (TGA) and contact angle. The polyaniline contained CNT can increase heat transformation, conductivity and dielectric properties, especially in surface property which can raise contact angle with water obviously, i.e. the hydrophobic ability raised.
目錄
中文摘要………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要………………………………………………………………Ⅱ
誌謝……………………………………………………………………Ⅲ
目錄……………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄…………………………………………………………………Ⅶ
表目錄…………………………………………………………………XI
第一章緒論 1
1.2 研究方向 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 導電高分子簡介 4
2.1.1 歷史回顧 4
2.1.2 導電高分子的導電機構 7
2.1.3 導電高分子的類型 14
2.2 聚苯胺簡介 16
2.2.1 聚苯胺的發展 16
2.2.2 聚苯胺的化學合成法 21
2.3奈米碳管簡介 24
2.3.1 奈米碳管發展歷史 24
2.3.2 奈米碳管的結構 27
2.3.3 奈米碳管的機械特性 28
2.3.4 奈米碳管之成長方法 31
2-4 聚苯胺-奈米碳管複合材料 36
第三章 實驗藥品與儀器 41
3.1 實驗藥品與儀器 41
3.1.1 實驗藥品 41
3.1.2 實驗儀器 42
3.2 實驗步驟流程 43
3.2.1 奈米碳管生成 43
3.2.2 聚苯胺高分子合成條件 44
3.2.3 聚苯胺/物理混掺奈米碳管合成條件 46
3.2.4 聚苯胺/熱迴流奈米碳管合成條件 48
第四章 結果與討論 51
4.1 材料之分析鑑定 52
4.1.1 開放電路電位(Open Circuit Potential ,OCP) 52
4.1.2拉曼光譜(Raman Spectroscopy) 54
4.1.3 穿透式顯微鏡(Transmission Electron Microscopy,TEM) 56
4.1.4 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM) 58
4.2材料之性質探討 61
4.2.1 熱性質 61
4.2.2 電性質 65
4.2.3 表面分析 71
第五章 結論 73
第六章 參考文獻 74

圖目錄
圖2- 1不同材料的導電度及材料屬性分界8 10
圖2- 2由軌域能階成長進階至能帶圖 11
圖2- 3金屬、半導體和絕緣體三種導電物質的能隙與能帶圖9 11
圖2- 4本質性半導體的能帶模型9 12
圖2- 5二種摻雜型式之非本質性半導體(A)P-型摻雜 (B)N-型摻雜9 12
圖2- 6 polaron和bipolaron之能帶示意圖9 13
圖2- 7聚苯胺的單體結構 16
圖2- 8 Green等人所提苯胺八聚體之五種不同鹼化型式的氧化態10 19
圖2- 9 聚苯胺之不同型態之轉變(doping,dedoping,redox)14 20
圖2- 10 聚苯胺化學合成法的聚合機構16 21
圖2- 11 聚苯胺之酸摻雜機制22 22
圖2- 12 Iijima利用弧光放電法合成的奈米碳管29 26
圖2- 13 (a) arm-chair、(b) zigzag與(c) chiral三種SWNTs 27
圖2- 14 奈米碳管在外加電位下發生共振之TEM影像(a)未施加電位,碳管因熱效應而產生輕微振動;(b)頻率530 KHz時之共振現象;(c)頻率3.01 MHz時之共振現象36 29
圖2- 15奈米碳管彎曲之分子模型圖38 30
圖2- 16 (a) AFM探針尖端上固定多層奈米碳管之SEM影像及(b)細部高倍率放大影像39 30
圖2- 17 奈米碳管在化學氣相沉積合成(CVD)時之成長機制示意圖49-51 34
圖2- 18 雷射剝蝕法合成奈米碳管之示意圖52 35
圖2- 19 聚苯胺-單層奈米碳管複合物之TEM 圖形63 40
圖2- 20 乳化聚合法製備聚苯胺-奈米碳管複合物之TEM 圖形66 40
圖3- 1電弧放電法裝置圖41 43
圖3- 2聚苯胺製備流程圖 45
圖3- 3聚苯胺/物理混掺奈米碳管製備流程圖 47
圖3- 4 聚苯胺/奈米碳管加熱迴流反應形成電荷轉移複合物之示意圖 49
圖3- 5 聚苯胺/熱迴流奈米碳管製備流程圖 50

圖4- 1 CV (Cyclic Voltammetry)儀器之原理構造 53
圖4- 2 OCP測量分析圖 (a) Pani (b) Pani+MWNT (c) Pani-MWNT 53
圖4- 3聚苯胺/多層碳管奈米複合材料系列之拉曼光譜圖(a) Pani+MWNT (b) Pani-MWNT (c) MWNT 55
圖4- 4 TEM圖形 (a) (b) Pani-MWNT結構 (c ) (d ) Pani+MWNT結構 57
圖4- 5 SEM的圖形 (a) (b) Pani結構; (c) (d) Pani-MWNT結構; (e) (f) Pani+MWNT結構 59
圖4- 6 Pani+MWNT形成機構示意圖 60
圖4- 7 TGA in air (a) MWNT (b) Pani-MWNT (c) Pani (d) Pani+MWNT 62
圖4- 8 Hot Disk裝置示意圖 63
圖4- 9聚苯胺/多層碳管奈米複合材料之熱傳導係數圖 64
圖4- 10四點探針簡易示意圖 65
圖4- 11聚苯胺/奈米碳管複合材料以log (σ)對1000/T 關係圖 67
圖4- 12 接觸角測試示意圖 71
圖4- 13聚苯胺/多層碳管奈米複合材料之接觸角數值 72
表目錄
表 2- 1常見的導電高分子 6
表 2- 2 奈米碳管各種合成方法之比較 34

表 4- 1 聚苯胺/多層奈米碳管複合材添加方式表 51
表 4- 2半還原氧化態聚苯胺之拉曼光譜 55
表 4- 3 導電度數據表 67
表 4- 4 聚苯胺/奈米碳管複合材料的導電活化能 68
表 4- 5 聚苯胺/多層奈米碳管複合材料系列之介電常數DK 70
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電子全文 電子全文(本篇電子全文限研究生所屬學校校內系統及IP範圍內開放)
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