聚苯胺质子化及电荷传输机理的研究
发布时间：2022-07-29 14:11
自科学家发现掺杂聚乙炔具有导电性能以来,导电聚合物作为新型的功能高分子材料受到广泛关注。作为其中一员,聚苯胺（PANI）因具备原料易得、制备方法简单多样、物理化学性能优异、独特的掺杂机制等特点,广泛应用于电子器件、电磁屏蔽、能量存储、金属防护、传感器等领域,成为极具应用价值的导电聚合物。聚苯胺的可调控导电性是其最重要的特性,目前已有相关实验对其导电性的影响因素进行研究,但是仍缺乏对聚苯胺导电机制的理论计算研究。本论文将结合实验,采用理论计算的方法从微观层次研究聚苯胺的电荷传输特性,这对改善聚苯胺应用于光电器件的性能有着潜在价值。本论文对聚苯胺电性能进行实验及理论计算研究:其一,制备掺杂态、脱掺杂态、再掺杂态及不同掺杂度聚苯胺,对其导电、介电性能进行实验研究。其二,对聚苯胺质子化机制进行理论计算研究。其三,采用理论计算的方法研究聚苯胺氢键作用影响聚苯胺结构及电荷传输性质的微观机制。最后,对聚苯胺及其衍生物载流子传输特性进行理论计算。得出主要结论如下:（1）采用化学氧化聚合法制备掺杂态、脱掺杂态、再掺杂态聚苯胺及不同掺杂度聚苯胺,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）及傅立叶...
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 导电高分子简介
1.1.1 导电高分子材料的发展历史
1.1.2 导电高分子材料的分类
1.2 聚苯胺概况
1.2.1 聚苯胺的结构
1.2.2 聚苯胺的合成方法
1.2.3 聚苯胺的基本性质
1.2.4 聚苯胺的导电机制
1.2.5 聚苯胺的掺杂机制
1.3 导电聚苯胺研究进展及技术路线图
1.4 本论文的研究目的与研究内容
1.4.1 本论文的研究目的
1.4.2 本论文的研究内容
2 材料表征方法及理论计算
2.1 材料结构与性能表征
2.1.1 材料结构表征方法
2.1.2 电导率测试方法
2.1.3 介电性能测试方法
2.2 理论基础和计算方法
2.2.1 分子电子结构概述
2.2.2 自然键轨道理论
2.2.3 密度泛函理论
2.2.4 含时密度泛函理论
3 聚苯胺质子化过程结构及电性能研究
3.1 引言
3.2 质子酸可逆掺杂聚苯胺的结构及电性能分析
3.2.1 质子酸可逆掺杂聚苯胺的制备
3.2.2 X射线衍射光谱分析
3.2.3 傅立叶红外光谱分析
3.2.4 质子酸可逆掺杂聚苯胺介电性能分析
3.2.5 质子酸可逆掺杂聚苯胺导电性能分析
3.3 不同浓度质子酸掺杂聚苯胺的结构及电性能分析
3.3.1 不同浓度质子酸掺杂聚苯胺的制备
3.3.2 微观形貌分析
3.3.3 X射线衍射光谱分析
3.3.4 热稳定性分析
3.3.5 傅立叶红外光谱分析
3.3.6 不同浓度质子酸掺杂聚苯胺导电性能分析
3.3.7 不同浓度质子酸掺杂聚苯胺介电性能分析
3.4 本章小结
4 聚苯胺质子化机制的密度泛函理论研究
4.1 引言
4.2 聚苯胺可逆质子化过程的理论研究
4.2.1 计算模型及方法
4.2.2 聚苯胺链长择优选择
4.2.3 聚苯胺的几何构型优化
4.2.4 电荷分布
4.2.5 前线分子轨道
4.2.6 能量与稳定性
4.3 质子化程度对聚苯胺导电性能影响的理论研究
4.4 本章小结
5 聚苯胺氢键对链上电荷传输影响的第一性原理计算
5.1 引言
5.2 计算模型及方法
5.3 计算结果与讨论
5.3.1 聚苯胺-樟脑磺酸氢键理论计算
5.3.2 聚苯胺-水氢键作用位点
5.3.3 基态几何结构
5.3.4 电荷分布
5.3.5 红外光谱与振动模型
5.3.6 激发态性质
5.3.7 前线分子轨道
5.4 本章小结
6 聚苯胺载流子传输性质的密度泛函理论研究
6.1 引言
6.2 计算模型及方法
6.3 计算结果与讨论
6.3.1 单体平衡构型
6.3.2 电离势与电子亲和能
6.3.3 分子间电子耦合作用
6.3.4 角分辨各向异性载流子迁移率
6.3.5 态密度分布
6.3.6 卤化取代对聚苯胺载流子迁移率的影响
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3666609
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 导电高分子简介
1.1.1 导电高分子材料的发展历史
1.1.2 导电高分子材料的分类
1.2 聚苯胺概况
1.2.1 聚苯胺的结构
1.2.2 聚苯胺的合成方法
1.2.3 聚苯胺的基本性质
1.2.4 聚苯胺的导电机制
1.2.5 聚苯胺的掺杂机制
1.3 导电聚苯胺研究进展及技术路线图
1.4 本论文的研究目的与研究内容
1.4.1 本论文的研究目的
1.4.2 本论文的研究内容
2 材料表征方法及理论计算
2.1 材料结构与性能表征
2.1.1 材料结构表征方法
2.1.2 电导率测试方法
2.1.3 介电性能测试方法
2.2 理论基础和计算方法
2.2.1 分子电子结构概述
2.2.2 自然键轨道理论
2.2.3 密度泛函理论
2.2.4 含时密度泛函理论
3 聚苯胺质子化过程结构及电性能研究
3.1 引言
3.2 质子酸可逆掺杂聚苯胺的结构及电性能分析
3.2.1 质子酸可逆掺杂聚苯胺的制备
3.2.2 X射线衍射光谱分析
3.2.3 傅立叶红外光谱分析
3.2.4 质子酸可逆掺杂聚苯胺介电性能分析
3.2.5 质子酸可逆掺杂聚苯胺导电性能分析
3.3 不同浓度质子酸掺杂聚苯胺的结构及电性能分析
3.3.1 不同浓度质子酸掺杂聚苯胺的制备
3.3.2 微观形貌分析
3.3.3 X射线衍射光谱分析
3.3.4 热稳定性分析
3.3.5 傅立叶红外光谱分析
3.3.6 不同浓度质子酸掺杂聚苯胺导电性能分析
3.3.7 不同浓度质子酸掺杂聚苯胺介电性能分析
3.4 本章小结
4 聚苯胺质子化机制的密度泛函理论研究
4.1 引言
4.2 聚苯胺可逆质子化过程的理论研究
4.2.1 计算模型及方法
4.2.2 聚苯胺链长择优选择
4.2.3 聚苯胺的几何构型优化
4.2.4 电荷分布
4.2.5 前线分子轨道
4.2.6 能量与稳定性
4.3 质子化程度对聚苯胺导电性能影响的理论研究
4.4 本章小结
5 聚苯胺氢键对链上电荷传输影响的第一性原理计算
5.1 引言
5.2 计算模型及方法
5.3 计算结果与讨论
5.3.1 聚苯胺-樟脑磺酸氢键理论计算
5.3.2 聚苯胺-水氢键作用位点
5.3.3 基态几何结构
5.3.4 电荷分布
5.3.5 红外光谱与振动模型
5.3.6 激发态性质
5.3.7 前线分子轨道
5.4 本章小结
6 聚苯胺载流子传输性质的密度泛函理论研究
6.1 引言
6.2 计算模型及方法
6.3 计算结果与讨论
6.3.1 单体平衡构型
6.3.2 电离势与电子亲和能
6.3.3 分子间电子耦合作用
6.3.4 角分辨各向异性载流子迁移率
6.3.5 态密度分布
6.3.6 卤化取代对聚苯胺载流子迁移率的影响
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3666609
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3666609.html
教材专著
