拉曼光谱技术在聚合物研究中的应用进展

拉曼光谱可以提供分子的振动信息,对于聚合物分子链的构象和链间的相互作用非常敏感,能够提供聚合物固体、薄膜或溶液的物理化学特性信息,如聚合物的结构单元、空间构型、晶态结构、分子链的物理构象或分子链子链和侧基在界面间或在各向异性材料中的排列等链取向信息等。因此拉曼光谱作为一种原位无损检测技术,其衍生出的表面增强拉曼光谱技术(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)、变温拉曼光谱技术、共焦显微拉曼光谱技术(Confocal Raman Microscopy,CRM)、拉曼Mapping成像技术和共振拉曼散射技术(Resonance Raman scattering,RRS)等,广泛应用于物理、化学和生物医学等领域。本文从拉曼光谱的基本理论基础、拉曼光谱技术及其在聚合物研究中的最新应用进展等方面进行综述,以探索扩展拉曼光谱技术在高分子物理与化学领域中许多问题,如分子链的构象结构、分子链的结晶行为、分子链的扩散运动和共混体系相态结构变化等方面的应用。     

聚苯胺纳米颗粒及纳米棒的分子链结构研究

通过调节浓硫酸和苯胺单体的摩尔比,采用电化学沉积法制备了聚苯胺(Polyaniline,PANI)纳米粒子和纳米棒。利用拉曼光谱技术研究了PANI纳米颗粒和纳米棒分子链的结构特征,结果表明PANI纳米颗粒的分子链结构主要是苯式结构,而PANI纳米棒的分子链主要是醌式结构。另外,随着电化学沉积时间的增加,尽管PANI在生长过程中表现出不同的结构特性,但是电化学沉积15min后,两种结构的PANI基本生长完善。     

荧光光谱法研究PS分子链在不同溶剂中的荧光特性

利用荧光光谱法研究了溶剂和浓度对聚苯乙烯（PS）荧光特性的影响．研究表明,PS在四氢呋喃溶液中的荧光发射波长为345nm,其荧光强度达到最大时的饱和浓度为0．1mg／mL;PS在甲苯溶液中的荧光发射波长为310nm,其荧光强度达到最大时的饱和浓度为0．075mg／mL．造成这种现象的原因在于：四氢呋喃不具荧光性,不与PS分子链中的苯环发生相互作用,而甲苯溶剂自身具有苯环结构,PS和甲苯生色团荧光频率接近,同时PS分子链上苯环与甲苯上的苯环的间距非常小,相邻苯环上的π电子可以互相重叠,形成T型构造的苯环二聚体,使体系的荧光发射峰蓝移至310nm．另外,随着PS在溶液中浓度的增大,开始呈线性增加,当浓度大于饱和浓度C^＊后,随后其荧光强度呈现非线性下降,这主要是PS在溶剂中形成了二聚体．     

一维有序聚苯胺纳米阵列的制备及电化学储能性能

以导电玻璃FTO为基底电极, 在硫酸溶液中, 分别研究了苯胺单体浓度和恒定电流大小对聚苯胺(PANI)形貌的影响; 同时恒定苯胺单体的浓度和工作电流, 探究了不同类型的质子酸对PANI阵列形貌的影响. 结果表明, 采用恒电流方法可以制备出一维有序PANI纳米线阵列, 而且当苯胺的浓度为0.1 mol/L, 恒电流法的工作电流密度为0.03 mA/cm²时, 所制备的PANI纳米线阵列形貌最佳; 当用HCl, HNO₃和对甲苯磺酸(p-TSA)作为合成PANI的支持液时, 得到树桩状的PANI 纳米结构, 不能得到均一的纳米线阵列结构. 电化学性能测试结果表明, 制备的最佳形貌PANI纳米线阵列的比电容值可达560 F/g; 循环1000周后电容损失率为11%.     

聚偏氟乙烯在不同衬底上的结晶行为研究

利用滴涂法制备聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜,分别以载玻片、铜片、聚四氟乙烯(PTEF)为衬底研究衬底、退火时间和退火温度对PVDF薄膜结晶行为的影响。实验表明PVDF在PTEF基体上更容易结晶,这是因为PTEF是非极性基体,PVDF分子链运动在界面不受限制,能够充分地重排,利于晶体的生长;延长退火时间,PVDF分子链能够充分进行重排,形成规整的结构,提高结晶性;同时提高退火温度也有利于PVDF薄膜的结晶。另外,基体作用、退火时间和退火温度不会改变PVDF晶体结构,但会不同程度地影响α和β相的含量。     

电化学沉积制备聚苯胺纳米阵列及性能研究的综合化学实验

为将导电聚合物超级电容器电极材料引入到本科教学实验中，设计了综合探究性高分子材料制备实验——电化学沉积制备聚苯胺纳米阵列及性能研究。首先采用电化学法构筑导电高分子聚苯胺纳米阵列；然后运用紫外光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜和电化学工作站等，分别对聚苯胺阵列的化学结构、形貌和电化学性能进行表征。从材料的合成角度来看，该实验可以使学生了解和掌握电化学合成导电聚合物的机理与方法；从材料的结构和性能表征方面来看，可以使学生学习和操作科研类的大型仪器设备，对学生的动手操作能力具有实质性的锻炼。此外，该综合性实验很好地将化学制备与材料的应用相结合，方法简单，耗时短，重复性好，可作为高分子类专业本科生综合探究性实验开设。