石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的制备及防腐应用研究进展
发布时间：2022-01-26 05:17
导电聚苯胺（PANI）具有易合成、易掺杂等特点,石墨烯（GR）及石墨烯衍生材料具有较高的比表面积、良好的导电性、优异的防液体渗漏等物理和化学性质。两者的复合材料表现出优异的机械、电化学、防腐蚀等性能,引起了广泛的关注。介绍了石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的制备方法、影响石墨烯/聚苯胺性能的主要因素以及石墨烯/聚苯胺纳米复合材料在防腐中的应用。系统总结了石墨烯/聚苯胺的防腐机理以及在不同基体涂料中的防腐改性,石墨烯的存在增加了腐蚀介质（如H2O和O2）渗透路径的曲折程度,减缓了金属腐蚀速度,从而提高涂料防腐效率。石墨烯/聚苯胺复合材料在防腐方面具有广阔的应用前景,对石墨烯/聚苯胺的复合状态、防腐机理、环境适应性的深入研究是未来该材料的发展方向。
【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
rGO/PANI复合材料的制备过程[27]
2012年，Y.Li等人[25]以过硫酸铵（APS）为氧化剂，采用原位化学聚合法合成了一系列苯胺和石墨烯不同质量比的氧化石墨烯/聚苯胺复合材料。实验结果表明，苯胺和石墨烯的质量比对石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的尺寸和形貌有所影响。当苯胺与石墨烯的质量比小于12∶1时，苯胺的聚合反应通过异相成核在石墨烯的表面上发生，形成夹心状石墨烯/聚苯胺复合纳米片（图1）。在氧化石墨烯基础上，研究人员进一步展开了其衍生物与聚苯胺原位化学聚合法复合的研究。2014年，J.Kim等人[26]用硼氢化钠（NaBH4）还原氧化石墨烯（GO）来制备石墨烯纳米片（GNS），通过将苯胺加入含有GNS的盐酸溶液中，搅拌均匀后再加入氧化剂的原位聚合法制备石墨烯纳米片/聚苯胺（GNS/PANI）复合材料，GNS被认为是可以提供大量活性位点的支撑材料，PANI纳米纤维均匀地附着在GNS的表面上。通过表征发现，GNS/PA-NI复合材料表现出比纯单个组分更好的电化学性能。GNS/PANI复合材料在电位扫描速率为10 mV/s时显示出最高比电容923 F/g，而纯PA-NI的最高比电容为465 F/g，纯GNS的最高比电容为99 F/g。2017年，L.Tang等人[27]用水合肼还原GO来制备还原氧化石墨烯（rGO），通过原位化学聚合法制备还原氧化石墨烯/聚苯胺（rGO/PANI）纳米纤维复合材料（图2），其中PANI纳米纤维通过大的范德华力和氢键力吸附在石墨烯片的表面上。经测试发现rGO/PANI复合材料显示出良好的循环稳定性，在1 000次循环后保持其初始电容的85%以上。图2 rGO/PANI复合材料的制备过程[27]
2011年，K.X.Sheng等人[38]采用静电自组装法制备了石墨烯/聚苯胺复合膜（GR/PANI)n，改变交替的沉积步骤，可以改变复合膜的厚度、导电率和透射率。检测发现，（GR/PANI)15在波长为700 nm处的光学对比度约为12%，开关时间为6 s，满足实际电致变色器件的要求，在300次电位切换循环后，光学对比度减少了20%，切换时间保持不变，在此过程中，（GR/PANI)15薄膜也可以保持其良好的均匀性和完整性，因此，（GR/PANI)15薄膜是一种很有前景的电致变色器件电极材料。2013年，S.P.Zhou等人[39]将天然石墨用改进的Hummer′s法制备成氧化石墨烯，采用层层自组装技术将带负电荷的氧化石墨烯与带正电荷的水性可分散的聚苯胺进行复合，制备得到氧化石墨烯包裹PANI纳米复合材料，然后将得到的GO/PANI纳米复合材料经肼还原后形成rGO/PANI复合材料。经检测发现，rGO/PANI复合材料的电化学性能明显优于纯聚苯胺纳米纤维。在二维石墨烯/聚苯胺复合材料的基础上，不少学者已经转向用自组装法来制备三维结构石墨烯/聚苯胺空心微球。2015年，J.Luo等人[40]利用带负电荷rGO和带正电荷的PANI在聚苯乙烯（PS）微球上进行层层组装，制备三维石墨烯/聚苯胺复合空心球（rGO-PANI HS）（图3），在4.0 A/g的电流密度下，rGO-PANI HS的比电容达到381 F/g，在经过1 000次充电/放电循环后也能够保持原有电容值的83%。1.5 溶液共混法
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/酒石酸掺杂态聚苯胺的制备及防腐性能[J]. 王传洁,杨小刚,李斌,陈浩岩. 高分子材料科学与工程. 2019(06)
[2]改性氧化石墨烯/聚苯胺防腐材料的制备及性能[J]. 邹明明,李小瑞,沈一丁,王海花. 精细化工. 2018(05)
[3]聚苯胺/碳复合材料的导电性[J]. 佟威,郝建军,任国鹏,杨丽蓉. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(05)
[4]水性氧化石墨烯/聚苯胺复合材料制备及其防腐性能研究[J]. 刘迅,郭方,王山河,宫锡生,仲莹莹. 人工晶体学报. 2016(10)
[5]聚苯胺/石墨烯水性涂料的制备及其防腐性能研究[J]. 张兰河,李尧松,王冬,张万友,刘春光,王旭明. 中国电机工程学报. 2015(S1)
[6]三维还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其超级电容性能[J]. 汪建德,彭同江,鲜海洋,孙红娟. 物理化学学报. 2015(01)
[7]掺杂不同类型石墨烯对聚苯胺微观结构及电化学性能的影响[J]. 韩旭,石海峰,曹利,孙青青,张兴祥. 天津工业大学学报. 2014(04)
[8]聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合物的制备及其电化学性能[J]. 魏从杰,段芳,倪忠斌,李晓婷,陈明清. 功能材料. 2013(04)
[9]聚苯胺-LiNi铁氧体复合纳米微粒的原位合成及其键合机制[J]. 蒋静,李良超,徐烽,颜冲. 化学学报. 2007(01)
本文编号：3609890
【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(04)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
rGO/PANI复合材料的制备过程[27]
2012年，Y.Li等人[25]以过硫酸铵（APS）为氧化剂，采用原位化学聚合法合成了一系列苯胺和石墨烯不同质量比的氧化石墨烯/聚苯胺复合材料。实验结果表明，苯胺和石墨烯的质量比对石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的尺寸和形貌有所影响。当苯胺与石墨烯的质量比小于12∶1时，苯胺的聚合反应通过异相成核在石墨烯的表面上发生，形成夹心状石墨烯/聚苯胺复合纳米片（图1）。在氧化石墨烯基础上，研究人员进一步展开了其衍生物与聚苯胺原位化学聚合法复合的研究。2014年，J.Kim等人[26]用硼氢化钠（NaBH4）还原氧化石墨烯（GO）来制备石墨烯纳米片（GNS），通过将苯胺加入含有GNS的盐酸溶液中，搅拌均匀后再加入氧化剂的原位聚合法制备石墨烯纳米片/聚苯胺（GNS/PANI）复合材料，GNS被认为是可以提供大量活性位点的支撑材料，PANI纳米纤维均匀地附着在GNS的表面上。通过表征发现，GNS/PA-NI复合材料表现出比纯单个组分更好的电化学性能。GNS/PANI复合材料在电位扫描速率为10 mV/s时显示出最高比电容923 F/g，而纯PA-NI的最高比电容为465 F/g，纯GNS的最高比电容为99 F/g。2017年，L.Tang等人[27]用水合肼还原GO来制备还原氧化石墨烯（rGO），通过原位化学聚合法制备还原氧化石墨烯/聚苯胺（rGO/PANI）纳米纤维复合材料（图2），其中PANI纳米纤维通过大的范德华力和氢键力吸附在石墨烯片的表面上。经测试发现rGO/PANI复合材料显示出良好的循环稳定性，在1 000次循环后保持其初始电容的85%以上。图2 rGO/PANI复合材料的制备过程[27]
2011年，K.X.Sheng等人[38]采用静电自组装法制备了石墨烯/聚苯胺复合膜（GR/PANI)n，改变交替的沉积步骤，可以改变复合膜的厚度、导电率和透射率。检测发现，（GR/PANI)15在波长为700 nm处的光学对比度约为12%，开关时间为6 s，满足实际电致变色器件的要求，在300次电位切换循环后，光学对比度减少了20%，切换时间保持不变，在此过程中，（GR/PANI)15薄膜也可以保持其良好的均匀性和完整性，因此，（GR/PANI)15薄膜是一种很有前景的电致变色器件电极材料。2013年，S.P.Zhou等人[39]将天然石墨用改进的Hummer′s法制备成氧化石墨烯，采用层层自组装技术将带负电荷的氧化石墨烯与带正电荷的水性可分散的聚苯胺进行复合，制备得到氧化石墨烯包裹PANI纳米复合材料，然后将得到的GO/PANI纳米复合材料经肼还原后形成rGO/PANI复合材料。经检测发现，rGO/PANI复合材料的电化学性能明显优于纯聚苯胺纳米纤维。在二维石墨烯/聚苯胺复合材料的基础上，不少学者已经转向用自组装法来制备三维结构石墨烯/聚苯胺空心微球。2015年，J.Luo等人[40]利用带负电荷rGO和带正电荷的PANI在聚苯乙烯（PS）微球上进行层层组装，制备三维石墨烯/聚苯胺复合空心球（rGO-PANI HS）（图3），在4.0 A/g的电流密度下，rGO-PANI HS的比电容达到381 F/g，在经过1 000次充电/放电循环后也能够保持原有电容值的83%。1.5 溶液共混法
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/酒石酸掺杂态聚苯胺的制备及防腐性能[J]. 王传洁,杨小刚,李斌,陈浩岩. 高分子材料科学与工程. 2019(06)
[2]改性氧化石墨烯/聚苯胺防腐材料的制备及性能[J]. 邹明明,李小瑞,沈一丁,王海花. 精细化工. 2018(05)
[3]聚苯胺/碳复合材料的导电性[J]. 佟威,郝建军,任国鹏,杨丽蓉. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(05)
[4]水性氧化石墨烯/聚苯胺复合材料制备及其防腐性能研究[J]. 刘迅,郭方,王山河,宫锡生,仲莹莹. 人工晶体学报. 2016(10)
[5]聚苯胺/石墨烯水性涂料的制备及其防腐性能研究[J]. 张兰河,李尧松,王冬,张万友,刘春光,王旭明. 中国电机工程学报. 2015(S1)
[6]三维还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及其超级电容性能[J]. 汪建德,彭同江,鲜海洋,孙红娟. 物理化学学报. 2015(01)
[7]掺杂不同类型石墨烯对聚苯胺微观结构及电化学性能的影响[J]. 韩旭,石海峰,曹利,孙青青,张兴祥. 天津工业大学学报. 2014(04)
[8]聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合物的制备及其电化学性能[J]. 魏从杰,段芳,倪忠斌,李晓婷,陈明清. 功能材料. 2013(04)
[9]聚苯胺-LiNi铁氧体复合纳米微粒的原位合成及其键合机制[J]. 蒋静,李良超,徐烽,颜冲. 化学学报. 2007(01)
本文编号：3609890
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