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    奈米導電高分子聚苯胺複合材料—製備、特性及其應用
    (2010) 洪瑛鍈; Ying-Ying Horng
    聚苯胺由於其本身獨特的電化學與光學特性，已廣泛地應用在化學、生物檢測器、超級電容器和燃料電池等領域。近年來，一維奈米結構的導電高分子，包括奈米線、奈米棒和奈米管等，具備低維高表面積與有機導體的優勢，更有著令人期待的發展。唯其在實際的應用上，尚須更進一步地探討與研究。本論文探討奈米導電高分子聚苯胺複合材料—製備、特性及其應用，主要內容包括有葡萄糖氧化酶酵素電極的製備，繼而應用於葡萄糖的偵測；另則探討聚苯胺奈米線/碳布與聚苯胺和奈米碳管複合材料電極的製備，以及其在超級電容器的應用。 第一部份為利用電化學合成方法，直接將聚苯胺奈米線成長在碳布表層，並同時植入葡萄糖氧化酶以製備成酵素電極，繼而應用於葡萄糖濃度的偵測。碳布被選擇作為電流的收集器，乃是考慮其具備高導電性、化學穩定性及其高孔洞三維結構可提供高表面積，可提供聚苯胺奈米線更多的成長空間；另由於直接成長的聚苯胺奈米線與碳布之間，有效降低介面瑕疵因素，因而可展現優異的偵測靈敏度。本研究所製備一維聚苯胺奈米線具備高表面積特性，有利於較高濃度葡萄糖氧化酶的植入，可將葡萄糖的偵測靈敏度提高至~2.5 mAmM-1cm-2程度，相關葡萄糖濃度的偵測範圍為0-8 mM，具備可應用於人體葡萄糖濃度的偵側能力。 至於超級電容器的應用，本論文主要探討聚苯胺奈米線/碳布與聚苯胺與奈米碳管，兩種奈米聚苯胺複合材料電極。本研究所製備出的聚苯胺奈米線/碳布電極，不僅具備高單位重量電容值之外，同時也具備相當高的單位面積電容值，顯示出極佳的電容效能。根據定電流充放電分析，其單位重量電容值高達1079Fg-1 ，相關比能量與比功率則分別為100.9Whkg-1和 12.1 Wkg-1，至於其單位面積電容值可高達1.8 Fcm-2程度。然而基於聚苯胺本身的電子傳導性較差(相較於金屬導體)，因此在可逆氧化還原轉變的過程中，通常會由於聚苯胺本身的內電阻效應而導致部份電子的損失，降低了電容的穩定性，致使面臨無法長時間重複循環使用的缺點。對於奈米碳管材料而言，由於具備良好的導電性和機械性質，因而奈米碳管和聚苯胺複合材料，可大幅改善電極的導電性。因此，聚苯胺與奈米碳管混合式複合材料所製備電極，不但可提升其功率密度，而且也因具備優良的械性質，有效降低因重複循環使用所造成電極結構上的破壞程度。