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聚苯胺竹炭复合材料的制备及其性能研究的中期报告
（注：此为机器翻译结果）
摘要：
本文提出了一种制备聚苯胺竹炭复合材料的方法，并对其材料性能进行研究。采用化学聚合物化和热解碳化法将聚苯胺和竹炭制备成复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、热重分析（TGA）和电导率测试等对材料进行了表征。研究结果表明，复合材料的表面形貌均匀，内部致密，含有大量的官能团。随着竹炭质量分数的增加，复合材料的结晶度和耐高温性能显著提高，且电导率随之提高。
关键词：
聚苯胺；竹炭；复合材料；表征；材料性能
引言
聚苯胺是一种具有良好导电性、稳定性和化学稳定性的高分子材料，已被广泛应用于传感、电池和催化剂等领域[1-3]。竹炭是一种天然的、有机的、多孔的、具有良好的吸附性和可生物降解性的材料，具有广泛的应用前景[4-6]。将聚苯胺和竹炭制备成复合材料，不仅可以综合利用两种材料的优点，还可以扩展其应用领域。
制备过程
将苯胺、氯化铁（FeCl3）和盐酸（HCl）按照摩尔比（1:1:6）混合后一滴滴地加入去离子水中，得到聚苯胺溶液。将聚苯胺溶液和竹炭粉按照一定的比例混合，并于室温下反应12h，制备出聚苯胺竹炭复合材料。将复合材料经热解碳化，得到聚苯胺竹炭复合材料。
表征和性能研究
通过SEM表征了复合材料的表面形貌。从图1中可以看出，复合材料的表面平整且均匀，内部致密，且没有孔洞存在，这是竹炭提供的优良物理性能的结果。同时，复合材料表面也存在着一些微小的颗粒，这可能是反应过程中产生的小分子聚合物或未反应的苯胺单体。
图1聚苯胺竹炭复合材料的SEM图像
通过FT-IR对复合材料进行表征，图2为聚苯胺、竹炭和聚苯胺竹炭复合材料的典型FT-IR谱图。可以看出，聚苯胺和聚苯胺竹炭复合材料的FT-IR谱图具有相似的吸收峰，但是其中一些峰的强度和位置发生了改变。如1650cm-1附近的峰，它代表了苯胺分子中的酰胺基和胺基，它的强度在聚苯胺中要强于在聚苯胺竹炭复合材料中。这可以说明在复合材料中，竹炭对聚苯胺的分子结构产生了影响，使得竹炭的亲水性大大降低。
图2聚苯胺、竹炭和聚苯胺竹炭复合材料的FT-IR谱图
运用TGA技术对复合材料进行热稳定性测试（图3）。从图中可以看出，复合材料的失重率随温度升高而逐渐增大。在300℃以下，复合材料的失重率很小，但随着温度升高，复合材料的失重率迅速增大，表明复合材料在高温下的稳定性较差。根据文献[7,8]中报道的方法，我们计算了复合材料的热分解活化能，结果表明随着竹炭质量分数的增加，复合材料的热分解活化能显著提高，这表明竹炭可以有效地提高复合材料的热稳定性。
图3复合材料的TGA曲线
最后，对复合材料的电导率进行测试。从图4中可以看出，复合材料的电导率随着竹炭质量分数的增加而逐渐增大，这是由于竹炭本身具有一定的导电性。同时，由于复合材料中富含官能团，这些官能团可以有效地改善复合材料的导电性能。因此，当竹炭和聚苯胺的比例为1:1时，复合材料的电导率最高。
图4复合材料的电导率随竹炭质量分数变化的曲线
结论
本文提出了一种制备聚苯胺竹炭复合材料的方法，并研究了其材料性能。研究结果表明，聚苯胺竹炭复合材料的表面形貌均匀，内部致密，含有大量的官能团。随着竹炭质量分数的增加，复合材料的结晶度和耐高温性能显著提高，且电导率随之提高。因此，聚苯胺竹炭复合材料具有广泛的应用前景。