磺化聚芳醚腈薄膜由于具有良好的耐熱性、耐化學(xué)性、絕緣性、阻燃性、耐輻射性和機(jī)械性能,并且制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低,是最具有潛力替代Nafion膜應(yīng)用于燃料電池質(zhì)子交換膜領(lǐng)域的材料。然而,當(dāng)磺化聚芳醚腈的磺化程度較低時(shí),磺酸基團(tuán)之間的間隔相對(duì)較遠(yuǎn),親水通道狹窄甚至不連續(xù),嚴(yán)重阻礙了H⁺的傳導(dǎo);當(dāng)磺化程度較高時(shí),薄膜極易發(fā)生溶脹,尺寸穩(wěn)定性大幅降低,此時(shí)薄膜極易變形從而失去強(qiáng)度,同時(shí)會(huì)極大的增加薄膜的甲醇滲透率。這些缺點(diǎn)都嚴(yán)重阻礙了磺化聚芳醚腈薄膜在燃料電池質(zhì)子交換膜領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。因此,研發(fā)新型結(jié)構(gòu)的磺化聚芳醚腈成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。本論文圍繞磺化聚芳醚腈的上述問(wèn)題,制備了可交聯(lián)的新型磺化聚芳醚腈薄膜。通過(guò)控制磺化聚芳醚腈分子鏈上不同活性官能團(tuán)的交聯(lián)反應(yīng),制備了一系列具有良好的阻醇性和尺寸穩(wěn)定性的交聯(lián)型磺化聚芳醚腈薄膜。對(duì)交聯(lián)型磺化聚芳醚腈的交聯(lián)反應(yīng)機(jī)理、交聯(lián)結(jié)構(gòu)及薄膜的綜合性能進(jìn)行系統(tǒng)研究,明確最佳的交聯(lián)型磺化聚芳醚腈的結(jié)構(gòu)、組成及性能。隨后,利用功能納米粒子特殊的質(zhì)子傳導(dǎo)性,在交聯(lián)型磺化聚芳醚腈高分子中引入功能粒子制備復(fù)合質(zhì)子交換膜,并對(duì)功能納米粒子與聚芳醚... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

SPEN和CSPEN不同溫度下的溶脹率

及其成膜后的微觀結(jié)構(gòu)[69-71]。賦予全氟磺酸膜諸多優(yōu)點(diǎn)的原因如下：1）由于主鏈上碳氟鍵鍵能較高，而且氟原子半徑（0.064 nm）相比氫原大，碳鏈被氟原子團(tuán)團(tuán)圍住，形成一層穩(wěn)定的氟化保護(hù)層，使穩(wěn)定性差固定有質(zhì)子傳遞基團(tuán)磺酸根的側(cè)鏈在電池應(yīng)用時(shí)免受電池運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的質(zhì)（如自由基）的進(jìn)攻[59, 72-74]。2）由于氟原子電負(fù)性很大，使得 -CF3基團(tuán)成為強(qiáng)吸電子基團(tuán)，可以很提高側(cè)鏈上 -SO3H 的解離能力，促使聚合物膜的酸性基團(tuán)在極低含水量即可充分解離，從而提高了全氟磺酸質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率。3）超疏水的聚四氟乙烯主鏈和超親水的磺酸基側(cè)鏈之間強(qiáng)烈的親疏水性于促進(jìn)形成明顯的相分離結(jié)構(gòu)。聚四氟乙烯主鏈具有一定的結(jié)晶性，易裝形成疏水區(qū)，同時(shí)帶有磺酸基團(tuán)的支鏈與周圍的水分子聚集形成納米合離子簇分布在由主鏈構(gòu)成的有機(jī)疏水相中[75-77]。在濕潤(rùn)的情況下，離將會(huì)形成約 1 nm 的親水通道從而相互連接，作為質(zhì)子傳輸?shù)耐ǖ�，促過(guò)膜內(nèi)疏水的高能壘區(qū)，提高質(zhì)子傳導(dǎo)率[78]。

11圖 1-5 1,4,5,8-萘四甲酸二酐聚合得到的六元環(huán)磺化聚酰亞胺結(jié)構(gòu)匯總磺化聚醚砜醚砜是一種高性能的熱塑性聚合物材料，主鏈包含醚鍵和砜基，此類優(yōu)異的綜合性能。因此，近年來(lái)越來(lái)越多的研究投入到此類聚合物材料用中�；腔勖秧坎粌H繼承了聚醚砜良好的耐熱性與機(jī)械性能，而且引入能夠賦予其較高的質(zhì)子電導(dǎo)率�；腔勖秧康暮铣煞椒òê蠡腔酆徒又Φ确椒╗108-110]。中接枝法是在聚醚砜的側(cè)鏈引入磺酸基團(tuán)，如圖 1-6 所示。由于親水性團(tuán)遠(yuǎn)離疏水性聚合物主鏈，因此結(jié)構(gòu)上有助于形成明顯的相分離，促使在濕態(tài)下具有良好的質(zhì)子導(dǎo)電性和尺寸穩(wěn)定性[111-114]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]耐高溫磺化聚苯并咪唑的合成與表征[J]. 卿勝波,黃衛(wèi),顏德岳.  高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào). 2005(11)

碩士論文
[1]含腈基類苯并噁嗪樹脂單體、復(fù)合材料的性能研究[D]. 曹國(guó)萍.電子科技大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3276525