Page 147 - 《精细化工》2019年第11期

第 11 期 汤龙其，等: 低电阻率聚吡咯-碳纤维纸基复合材料的制备 ·2295·

中还可以看出，虽然 FeCl 3 氧化电势最低，但是其 2.4 PY 溶液浓度对复合材料电阻率影响
对应的复合材料电阻率却仅高于 APS，这是由于 不同 PY 浓度下 PPY-CF 纸基复合材料电阻率见
FeCl 3 在实际聚合过程中，不仅作为氧化剂，其阴离 图 7。
子也作为掺杂剂提供转移电荷 [17] ,从而提高了载流
子浓度，使得复合材料的电阻率大大降低。

图 7 不同 PY 浓度下 PPY-CF 纸基复合材料的电阻率

Fig. 7 Resistivityof PPY-CF paper-based composites with
图 5 不同氧化剂对复合材料电阻率的影响 different PY concentrations
Fig. 5 Effect of different oxidants on the resistivity of
composites 由图 7 可知，纸基复合材料的电阻率先下降后
上升，在 PY 浓度为 0.75 mol/L 时电阻率最低。这
2.3 掺杂剂种类对复合材料电阻率的影响 是由于 PY 溶液浓度升高，生成 PPY 量增加，PPY
不同掺杂剂对复合材料电阻率的影响见图 6。 具有优异的电导性并改善了导电网络，所以电阻率

下降；而随着 PY 溶液浓度的继续上升，使 PPY 生
成量增加，通过电阻率公式（1）可知，电阻 R 下降，
但是过多的 PPY 使得材料的厚度 d 也相对增加，其
增加的倍数大于电阻下降的倍数，因此高浓度的 PY
反而会使复合材料的电阻率上升。所以，前驱体在
0.75 mol/L 的 PY 溶液浸渍饱和后反应得到的纸基复
合材料，能够构成优越的导电通路并大幅度降低材
料的电阻率。
2.5 PPY-CF 纸基复合材料的力学性能

图 6 不同掺杂剂对复合材料电阻率的影响 从上文可知，选用 AP/CF 为前驱体、APS 为氧
Fig. 6 Effect of different dopants on the resistivity of 化剂、AQS 为掺杂剂、PY 浓度为 0.75 mol/L 时，
composites 制备的 PPY-CF 纸基复合材料电阻率最低。测试

从图 6 可知，使用 AQS 作为掺杂剂效果最优。 AP/CF 前驱体和 PPY/AP/CF 纸基复合材料的力学性
这是由于，导电聚合物的导电性与聚合物中分子链 能，结果见表 1。
的规则程度（共轭长度）和分子链间的致密度有直
接关联 [18] 。Avlyanov 等 [19] 的研究表明，PPY 分子链 表 1 CF 前驱体与 PPY-CF 纸基复合材料的力学性能
Table 1 Mechanical properties of CF precursors and
呈平面时聚合所需的能量最低；平面的掺杂剂分子 PPY-CF paper-based composites
会产生导电性好的 PPY。AQS 的分子较其他几种掺
样品
杂剂分子都更趋于平面结构，掺杂后得到的 PPY 分
AP/CF PPY/AP/CF
子链比较完整，相互分离程度小，并且生成的 PPY
抗张指数/〔（N·m）/g〕 4.340±0.005 10.710±0.010
表面较光滑，包覆于前驱体上时能够有效阻止氧的
2
渗透且有助于维持导电纸的稳定性，使得电阻率下 耐破指数/〔（kPa·m ）/g〕 0.373±0.011 0.609±0.007
2
降。由于 AQS 分子体积较大，能够生成大颗粒致密 撕裂指数/〔（mN·m ）/g〕 1.329±0.015 2.523±0.011
性好的 PPY。SDBS 掺杂效果最差，这是因为其长
侧链会离间聚合物分子，这样会减少分子间电荷传 从表 1 可知，PPY/AR/CF 纸基复合材料与 CF
递，载流子链间跳跃受阻，造成 PPY 导电性能下降， 前驱体相比，其抗张指数、耐破指数、撕裂指数都
并且长侧链也会导致副反应的发生，消耗 PY 单体， 有大幅度地提升。AP/CF、PPY/AP/CF 的 SEM 谱图
降低聚合效率 [20] 。 见图 8。