聚噻吩作为一种有机高分子导电聚合物,具有易制备、柔韧性好等优点,可广泛应用于太阳能电池、超级电容器等领域。噻吩聚合过程中,制备条件会影响其结构,进而影响其导电性能。此外,聚噻吩是有机高分子,其热稳定性有待提高。与其相比,碳纳米管和石墨烯具有较好的导电性能和热稳定性,但其价格较高,因此制备导电性能较好的聚噻吩,并将其与碳纳米管和石墨烯进行复合,使复合材料既能达到上述碳材料的导电水平,又能降低碳材料的用量,从而降低碳材料应用时的成本,具有较为重要的经济价值和实用价值。基于此,本文采用化学氧化聚合法制得了聚噻吩(PTh),考察了噻吩浓度、反应时间、氧化剂与噻吩摩尔比、反应温度、后处理方式对聚噻吩结构和导电性能的影响。在此基础上,将优选出的导电性能较好的PTh分别与碳纳米管(MWCNTs)和石墨烯(rGO)进行了复合。采用高阻计、电化学工作站、热重分析仪对样品的电导率和热分解温度进行了测定,采用傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪、扫描电镜对样品的结构进行了表征。主要得到了以下研究结果:(1)上述制备条件均会影响聚噻吩的聚合程度和连接方式,进而影响其电导率。当噻吩浓度由0.05mol/L增至0.20mol/L时,样品电导率从10-13 S/m增至10-8 S/mm;反应时间为3 h所得样品的电导率最大,为10-10 S/m;当反应温度在0～-32℃时,其电导率均在10-13S/m数量级;氧化剂与噻吩摩尔比n(FeCl3)/n(Th)的增大会使其电导率增加(10-13～10-10S/m);反应结束后直接对反应物进行过滤洗涤得到的样品比室温挥发完溶剂再洗涤得到样品的电导率高五个数量级。综合聚噻吩的电导率和原料成本,选定噻吩浓度为0.10 mol/L、反应时间为3 h、反应温度为0℃、n(FeCl3)/n(Th)=2,对反应物直接过滤洗涤为最佳制备条件,该条件下所得聚噻吩样品的电导率高达2.49×10-8S/m。此外,聚噻吩链中α-α连接的噻吩越多,聚合度越小,其电导率越好。在不同形貌的聚噻吩中,其导电性能大小顺序为:花状结构>片层结构>微球状结构>无序堆积结构。(2)聚噻吩/碳纳米管复合材料(PTh/MWCNTs)中,当碳纳米管与噻吩投料量比例低于7.5%时,MWCNTs直接穿插进聚噻吩团聚堆积结构,主要以交叉结构存在;当碳纳米管与噻吩投料量比例介于7.5%与50%之间时,PTh主要在MWCNTs外壁上生长,形成PTh包裹MWCNTs的核壳管式结构。此外,MWCNTs可与PTh发生π-π相互作用,形成电子转移复合材料,从而使其有效共轭程度提高,进而改善PTh的导电性能和热稳定性能。(3)聚噻吩/石墨烯复合材料(PTh/rGO)制备过程中,当石墨烯与噻吩投加量比例不高于5%时,随其投加量的增加,PTh/rGO的电导率逐渐增加。石墨烯的加入可以有效提高聚噻吩的热稳定性能。PTh/rGO与PTh/MWCNTs相比,其热稳定性能提高较明显,并且其电导率在石墨烯与噻吩投加量比例为4%的条件下即可高于10-3 S/m,这可能是由于实验中所用的相同质量的rGO比MWCNTs具有更大的比表面积,其与聚噻吩间的相互作用更强的缘故。