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·1632· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 35 卷

1.4.4 SEM 测试 2.2 掺杂 TiO 2 和 PANI-TiO 2 对 PI 薄膜力学性能的
将薄膜在液氮下淬断，用剪刀在撕裂处裁剪成 影响
合适大小，用导电胶将样品的撕裂面朝上，固定在 为了考察掺杂 TiO 2 和 PANI-TiO 2 对薄膜力学性
样品台上，真空喷金处理后，用扫描电子显微镜观 能的影响，分别制备了 TiO 2 和 PANI-TiO 2 掺杂量为
察薄膜表面形貌和断面形貌。 0、5%、10%、15%、20%的 PI/TiO 2 和 PI/PANI-TiO 2
1.4.5 热重测试 复合薄膜，不同 TiO 2 和 PANI-TiO 2 掺杂质量分数复
热稳定性能是研究 PI 复合薄膜综合性能的一 合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率如表 1 所示。
个重要标准。为考察 TiO 2 和 PANI-TiO 2 的掺杂对
PI 薄膜热稳定性的影 响，使用热 重分析仪对 表 1 掺杂不同质量分数 TiO 2 或 PANI-TiO 2 的 PI 复合薄
膜的力学性能
PANI-TiO 2 、纯 PI 薄膜、PI/TiO 2 和 PI/PANI-TiO 2
复合薄膜的热分解过程进行了测试。N 2 保护下、以 Table 1 Mechanical properties of PI composite films doped
with different contents of TiO 2 or PANI-TiO 2
15 ℃/min 的速率升温，升温范围为室温~800 ℃。通
拉伸强度/MPa 断裂伸长率/%
过初始分解温度（失重 2%）、最大降解速率及 800 ℃ TiO 2 或 PANI-TiO 2
掺杂量/% 掺杂 掺杂 掺杂 掺杂
残炭量等考察其热稳定性。 TiO 2 PANI-TiO 2 TiO 2 PANI-TiO 2
1.4.6 介电性能测试 0 14.8 14.8 14.1 14.1
材料的介电性能主要是指材料在外加电场的作 5 17.4 25.8 18.5 10.5
用下，产生的内部结构变化，通常反映在相对介电 10 30.5 43.8 21.7 12.3
15 16.5 74.7 17.9 8.9
常数与介电损耗数值上。测试开始前，将薄膜放在
20 10.3 37.1 8.7 6.7
80 ℃恒温干燥箱中干燥 4 h，以防止薄膜在脱膜过
程中表面残留的水分对测试结果产生影响。将薄膜
从表 1 可以看出，纯 PI 薄膜的拉伸强度和断裂
裁剪成 40 mm×40 mm 的正方形样条，通过精密阻
伸长率都很低，分别为 14.8 MPa 和 14.1%。掺杂介
抗分析仪进行介电性能测试。
孔 TiO 2 、PANI-TiO 2 的复合薄膜的拉伸强度随着掺
2 结果与讨论 杂物质量分数的增加呈现先增加后减少的趋势。当
介孔 TiO 2 掺杂量达到 10%时，PI/TiO 2 复合薄膜的拉
2.1 PANI-TiO 2 的 XRD 和 TEM 分析 伸强度最大，为 30.5 MPa；当 PANI/TiO 2 的掺杂量
图 1 是介孔 TiO 2 和 PANI-TiO 2 的 XRD 谱图， 达到 15%时，PI/PANI-TiO 2 复合薄膜的拉伸强度最
插图是 PANI-TiO 2 的 TEM 图像。 大，为 74.7 MPa。这可能是由于外层 PANI 的有机
从图 1 可以看出，包覆聚苯胺后，XRD 峰变强， 链和 PI 基质分子间作用力更大所致。PI 复合薄膜的
将两 种粒 子的 （ 101 ）面 的特 征峰 拟合 后用 断裂伸长率随着掺杂物质量分数的增加呈现先增加
Debye-Scherrer 公式计算得到，介孔 TiO 2 的颗粒尺 后减少的趋势。当 TiO 2 掺杂量为 10%时，复合薄膜
寸为 10.6 nm，PANI-TiO 2 的颗粒尺寸为 15.5 nm， 的断裂伸长率最大，达到 21.7%。这是因为当介孔
说明包覆的 PANI 层厚大约为 5 nm。从图 1 插图可 TiO 2 掺杂进 PI 薄膜中时，分子间的空隙变小，分子
以看出，PANI-TiO 2 样品具有好的球形形貌，粒径分 间的作用力变强，增强了薄膜的断裂伸长率。但是
布均匀。 掺杂量过大时，TiO 2 团聚粒度超出了 PI 的正常空隙

尺寸，减小了 PI 分子间作用力，使拉伸强度和断裂
伸长率都降低。而掺杂 PANI-TiO 2 的 PI 薄膜断裂伸
长率比不掺杂的 PI 还小，虽然有上升再下降的趋势，
但是升高速率不大。掺杂 PANI-TiO 2 的 PI 拉伸强度
大、断裂伸长率小的现象，进一步说明 PANI 的存
在增加了 PANI-TiO 2 与 PI 之间的作用力。

将力学性能较优，同时便于比较的试样，即 TiO 2
掺杂量为 10%和 PANI-TiO 2 掺杂量为 10%的 PI/TiO 2
复合薄膜和 PI/PANI-TiO 2 复合薄膜进行了 FTIR、

SEM、TG-DTG、电性能测试。
图 1 介孔 TiO 2 (a)和 PANI-TiO 2 (b) 的广角 XRD，插图 X
2.3 薄膜的 FTIR 分析
为 PANI-TiO 2 的 TEM
Fig. 1 Wide angle XRD patterns of mesoporous TiO 2 (a) and 图 2 是 PI 薄膜、PI/TiO 2 复合薄膜以及 PI/PANI-
PANI-TiO 2 (b), and TEM image of PANI-TiO 2 (inset X) TiO 2 复合薄膜的 FTIR 谱图。