图 1。6 磺化聚芳醚的化学结构

图 1。7 磺化聚酰亚胺的化学结构

1。1。3  PEM 目前面临的挑战

目前，上文提到的这些膜材料虽然应用相对广泛，也具有一定的优点和使用价值，但依 然存在着一些问题，比如尺寸稳定性较差、加工困难、机械性能不好等等。随着如今科学技 术的不断发展，燃料电池使用的 PEM 的性质要求也不断提高，商业化的推广也需要尽可能的 将 PEM 的制备成本降到更低，因此越来越多的研究人员致力于寻找新型膜材料来制备性能更 优异且成本更低廉的 PEM，来解决其所面临的挑战。 

1。2 PTFE 微孔膜概述

1。2。1 PTFE 微孔膜的结构和性质

PTFE 微孔膜为疏水性膜，在零下 40℃到零上 260℃的温度范围内都能保持性能优异不改 变[19]，热分解温度高达 650℃，它的化学性质非常稳定，可以在强酸性、强碱性或者有机溶 剂环境中使用而不会被腐蚀。同时，它也具有机械性能良好、不粘性、环保卫生等优点。 

PTFE 大分子没有支链，它的外部是均匀且平滑的电子，结构特点有[20]： 

（1）分子链具有稳定的化学结构，不易断裂；

（2）F 原子体积较大，因而 PTFE 分子间作用力较小，分子容易发生滑移；

（3）由于 F 电子的负电荷排斥作用以及较小的分子间引力，PTFE 分子不溶于任何溶剂， 且分子表面非常润滑，具有自清洁功能；

（4）分子链刚性大，接近棒状分子结构。其分子构型如图 1。8 所示。文献综述

图 1。8 PTFE 的分子构型(19℃以上) 

1。2。2 PTFE 微孔膜在 PEM 中的应用

由于 PTFE 微孔膜具有很多优点，因此是可作为 PEM 的重要组成部分的新型膜材料。与 PEM 材料中常用的 Nafion 膜相比，PTFE 膜的机械强度高，耐腐蚀，尺寸稳定性好，但其电 导率比 Nafion 膜差，因而将其与 Nafion 做成复合膜，在 PEM 中充当支架[21]，这样制备而成 的复合 PEM 既能保证较高的电导率，又具有良好的机械性能。在燃料电池中，该种 PEM 可

以提高效率并延长使用寿命。

1。3  PTFE 微孔膜的改性

1。3。1  改性方法分类及特点

PTFE 微孔膜的改性方法一般有：等离子体溅射法、磁控溅射法、离子束溅射法[22]、水热 法等，这些方法的特点如下： 

表 1。1 改性方法特点一览表

改性方法 实验装置 优点 缺点

等离子体溅射法 Plasma Reactor 改性速度快 成本较高

磁控溅射法 磁控溅射镀膜机 可控性好，易于产业化 成本较高

离子束溅射法 离子束溅射镀膜机 薄膜质量好，与基体结合牢固 成本较高

水热法 水热反应釜 改性效果好，制备成本低 可控性一般

由表 1。1 可知，水热法不仅改性效果好，而且制备成本低，实验易于操作且重复性好， 故本课题选择水热法对 PTFE 膜进行改性。

1。3。2  水热法概述

水热法[23]是一种应用广泛的制备功能材料的加工方法。一般是在特定的封闭反应器皿中