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Preparation and characterization of conducting polyaniline/silica nanosheet composites Peng Liu * State Key Laboratory of Applied Organic Chemistry, Institute of Polymer Science and Engineering, College of Chemistry and Chemical Engineering, Lanzhou University,Lanzhou 730000, PR China 班級：碩化材一甲 學號：M9940106 學生姓名：謝坤翰 報告日期：2010/12/22 INTRODUCTION • PANI是一種相當重要的導電性高分子 ，因為它具 有高的導電率、容易製備、容易生產、環境穩定性佳、 以及低廉的成本等特性。 • 近幾年，PANI在各種高科技應用方面備受矚目，例如： 電化學顯示器、傳感器、催化劑、氧化還原電容器、 電磁屏障以及二次電池等。 • 過去幾年，PANI被證實能夠與奈米片、奈米棒、奈 米管等無機奈米金屬材料交互影響形成複合材料， 進而增加效能。其中奈米片狀的粒子厚度是唯一具備 一維奈米級的奈米粒子。 2 INTRODUCTION • 本研究是以蛭石利用酸浸泡法得到 二氧化矽奈米片 (SNS)，再以SNS與PANI反應形成PANI/SNS奈米複 合材料，並將產物進行FT-IR、SEM、XRD、TGA及 導電率分析。 3 藥品 • Vermiculite(蛭石) • HCl(鹽酸) 1. 酸浸泡法 2. 質子酸 • Aniline(苯胺) • APS(過硫酸銨) 4 EXPERIMENT Vermiculite 25g HCl 2M 800mL Separated Washed SNS 5 EXPERIMENT SNS Aniline APS 9.313 100ml,0.10mol water 200 ml Filtered Washed HCl 10ml 保持0℃ 持續攪拌4h 60min,滴入100ml 攪拌30min Dried at 40℃, 24h PANI/SNS 6 INSTRUMENTATION • FT-IR • SEM • XRD • TGA • Four-Point Probe Meter 7 RESULTS AND DISCUSSION (a) (b) (c) Fig. 1. SEM images.(a) pristine vermiculite, (b) silica nanosheets, (c) PANI. Fig. 2. TEM images of the silica nanosheets. SNS的型態呈現有規則的層狀結構 8 RESULTS AND DISCUSSION Table 1 Preparation conditions of the PANI/SNS composites. 9 RESULTS AND DISCUSSION (d) (e) 當SNS的比例提升到4%時，會有一 些沒有被包覆住的SNS出現。 (f) (g) 當PANI包含SNS比例為1~3%的時候， 它的型態跟純的PANI相似，這是因 為PANI有將SNS覆蓋包覆。 Fig. 1. SEM images.(d) PANI/SNS 1, (e) PANI/SNS 2, (f) PANI/SNS 3, (g) PANI/SNS 4. 10 RESULTS AND DISCUSSION -1 -1為二級芳香胺的C-N特性吸收峰 3425cm-1為N-H的特性吸收峰 2900cm 1250cm -1為SNS中的Si-O特性吸收峰 -1 2級CH 3特性吸收峰 1460cm-1左右為CH 和1600cm 1100cm 為苯環和醌環的C=C特性吸收峰 可以進一步確定利用原位化學聚合法成功製備PANI/SNS Fig. 3. FT-IR spectrum of the PANI/SNS 4. 11 RESULTS AND DISCUSSION 加入SNS後，XRD圖沒有SNS peaks的出現， 在21°跟26°有為PANI的X-Ray繞射峰 這是因為添加的SNS是非結晶性。 Fig. 4. XRD patterns of PANI and PANI/SNS composites. 12 RESULTS AND DISCUSSION Table 1 Preparation conditions of the PANI/SNS composites. PANI/SNS的電導率隨著SNS重量比的增 加而從1.16 Ω-1cm-1增加到16.67 Ω-1cm-1 13 RESULTS AND DISCUSSION 這是因為SNS添加的量越高， 在100℃左右的weight loss隨著SNS添加量的增加而增加。 所能吸附的水氣也相對提高。 Fig. 5. TGA curves. 14 CONCLUSION • 本實驗成功利用蛭石以酸浸泡法得到SNS，並將SNS 與PANI利用原位化學氧化聚合製備PANI/SNS奈米複 合材料，且摻雜SNS並不會破壞PANI的結構。 • PANI/SNS複合材料之電導率較純的PANI還要高，且 增加SNS單體的質量比會增加電導率，這是因為吸濕 度提高所造成。 • 此方法所製備出之PANI/SNS奈米複合材料可以利用於 測量溼度之感測器。 15 謝 謝 聆 聽 Vermiculite(蛭石) 蛭石是一種天然、無毒的礦物質，在高溫作用下會膨脹的 礦物。它是一種比較少見的礦物，屬於矽酸鹽。其成分含二氧化矽 (SiO2)42.2%，三氧化二鋁(Al2O3)19%，三氧化二鐵(Fe2O3)14%， 氧化鈣(CaO)2.08%、氧化鎂(MgO)12.75%、氧化鉀(K2O)3.38%， 其化學結構為(Mg0,5,Ca0,5,Na,K)0,7(Mg,Fe,Al)3[(OH)2|(Al,Si)2Si2O10] · 4H2O(在化學結構中括號中的化學元素可以互相取代，但是與括號 外的元素的比例是恆定的)，其晶體結構為單斜晶系，從外形上它 看上去像雲母。蛭石是一定的花崗岩水合時產生的。它一般與石棉 同時產生。