【摘 要】
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随着材料科学的逐步发展,人们逐渐开始关注微型功能化材料。空心微球材料以其低密度和高比表面积等优点成为新型材料的研究热点。同时,导电-磁性的复合材料在电磁屏蔽、吸波材
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随着材料科学的逐步发展,人们逐渐开始关注微型功能化材料。空心微球材料以其低密度和高比表面积等优点成为新型材料的研究热点。同时,导电-磁性的复合材料在电磁屏蔽、吸波材料等领域有很重要的应用。本论文以聚苯胺(PANI)和四氧化三铁(Fe3O4)作为导电-磁性的功能材料,分别以聚苯乙烯为模板和空心玻璃微球(HGS)为载体制备轻质导电-磁性空心微球,使用FTIR、SEM、XRD、EDX、TGA、XPS、Zeta电位测定等表征手段对其组成和微观结构进行了表征,并使用四探针电阻测定仪和振动样品磁强计(VSM)进行导电性和磁性的测试,同时对其复合机理进行了研究。首先使用聚苯乙烯(PS)微球为模板,通过官能团转化,在微球模板上衍生磺酸基团,诱导Fe3O4/PANI复合,去除模板制备了导电-磁性空心微球。采用一系列表征手段对其结构和性能进行分析。通过控制PS磺化时间有效地调控了Fe3O4的吸附量。对比了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)改性对聚苯胺复合的影响,得到了具有较高饱和磁化率和高导电率的电磁复合空心微球。复合空心微球最高饱和磁化率可达9.13emu/g,最高导电率可达1.27S/cm。采用硅烷偶联剂改性HGS,研究了硅烷偶联剂改性条件对微球结构的影响。进而利用微球表面双键与苯乙烯进行共聚合反应,在HGS表面包覆聚苯乙烯,通过磺化处理衍生的磺酸基吸附Fe3O4,再复合PANI制备出壳体结构完整的轻质HGS/SPS/Fe3O4/PANI导电-磁性复合材料。分析结果表明磺酸基对Fe3O4纳米颗粒具有强吸附作用,复合材料的饱和磁化率可达11.707emu/g,电导率可达10-3数量级。通过改进HGS表面修饰的方法,提高了改性后HGS的分散性。研究不同改性程度的HGS及Fe3O4表面电位随pH的变化,分析了聚苯乙烯改性条件、磺化程度对HGS表面结构及吸附Fe3O4性能的影响规律。分析了PVP改性对复合聚苯胺的影响作用。研究结果表明,随磺化程度的提高,HGS对Fe3O4的吸附量增加。PVP修饰导致复合材料电导率大幅度提高。氨基改性HGS制备的复合空心微球的饱和磁化率为3.7emu/g,不同磺化程度改性HGS制备的复合空心微球的饱和磁化率分别为1.8emu/g和3.9emu/g,导电率可达10-1数量级。
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