自悬浮聚苯胺的制备、结构及其分子复合材料的高介电特性

用有机长链离子液体对聚苯胺进行化学掺杂，制备在无溶剂存在下可流动的自悬浮聚苯胺（SPANI）流体；研究自悬浮聚苯胺的组成、制备工艺和微观结构，揭示自悬浮聚苯胺奇异流变性能形成机制和控制技术。采用多层处理方法使自悬浮聚苯胺分子在聚偏氟乙烯（PVDF）基体中定向排列，制备出具有高介电常数和低介电损耗的SPANI/PVDF分子复合材料。研究SPANI/PVDF分子复合材料中所形成的特殊"分子电容器"结构与自悬浮聚苯胺分子结构、有机长链离子液体的结构、组成以及流动方式的科学联系，探明"分子电容器"结构的形成机制；研究SPANI/PVDF分子复合材料的超高介电响应与材料的形态结构间的构效关系，洞悉分子复合材料的组成、结构以及加工工艺与介电性能的内在联系，建立高介电性能的调控技术。本项目将为新型高介电高分子材料和高储能高分子材料的结构设计、制备和应用提供科学理论和实用技术。

聚苯胺（PANI）与其它导电高分子相比，其结构多样化、电导率较高、掺杂机制独特、物理性能优异，是当今导电高分子领域研究的热点之一。但难与其它聚合物复合时分散性差。因此，制备一类自悬浮聚苯胺（SPANI），亦称聚苯胺类流体，对改善其加工性能具有重要的理论意义和实用价值。本项目通过本体聚合与原位掺杂，使聚苯胺分子链上接枝有机长链壬基酚聚氧乙烯醚磺酸-10(NPES)，制得自悬浮聚苯胺，并表现出热可逆凝胶的粘弹行为。通过化学氧化偶联分别制得苯胺三聚体、四聚体和五聚体。通过溶液掺杂技术将NPES化学掺杂在三种苯胺低聚物分子上，制得自悬浮苯胺低聚物，产物具有类液体流变特征。采用溶液聚合和4-壬基酚聚氧乙烯醚乙酸（GAE）、NPES和4-壬基酚聚氧乙烯醚丙基硫酸-20（NPSE）原位掺杂制备的自悬浮聚苯胺，均呈类液体的流变行为，电导率高。 将溶液法制备的SPANI-NPES与纳米石墨片（Gr）进行复合，制得SPANI/Gr纳米复合材料，表现出较低的粘度和较高的导电性。将SPANI-GAE、SPANI-NPES和SPANI-NPSE分别与聚偏氟乙烯（PVDF）共混，采用反复压延成型的方法使聚苯胺分子高度取向，制备了SPANI/PVDF分子复合材料，构建出了理想的“分子电容器”结构。通过研究自悬浮聚苯胺与PVDF分子复合所形成的特殊“分子电容器”结构与聚苯胺功能化分子的结构以及组成的相互关系，采用分子链相对较长因而运动范围小的 NPSE掺杂的自悬浮聚苯胺制备SPANI/PVDF分子复合材料。这种分子复合材料的介电常数高达872且介电损耗为0.1，具有优异的介电储能特性。以上结果为开发具有优异介电性能的高分子材料提供了理论依据和实用技术。