聚芳醚酮和聚芳醚砜以耐热等级高、力学性能优良、介电性能好等优势成为一类重要的高性能聚合物材料。与此同时,在保持此类聚合物固有优良性能的基础上,改善其溶解性能,赋予特定功能,如低介电常数、质子传导性能等,成为又一研究热点,对发挥此类聚合物优势、拓展其应用有重要意义。本文以可溶解性、低介电常数和具备质子传导性为目标导向,从分子设计的角度出发,在聚芳醚酮、聚芳醚砜分子链中成功引入了大体积的氟苯侧基,制备了溶解性好、热稳定性高、力学性能优异、介电常数和吸水率低的聚芳醚酮和聚芳醚砜。此外,采用直接聚合法制备了新型磺化聚芳醚酮、磺化聚芳醚砜,并对磺化聚合物的溶解性、热性能、力学性能、吸水率和溶胀度、质子传导率以及甲醇渗透率进行了研究,并以磺化聚合物为质子交换膜组装了H2/O2单电池,初步探讨了其在燃料电池中的应用,主要研究结果如下：1、设计并合成了两种新型含氟双酚单体。以对氟苯胺、3,4-二氟苯胺、对苯二醌、锌粉以及盐酸为原料,经由两步耦合反应合成了两种含氟双酚单体：4-氟苯基对苯二酚(3b)和3,4-二氟苯对苯二酚(3c)。通过红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)、元素分析(EA)等表征手段对制备的含氟双酚单体结构进行了表征,表明所合成单体与设计的结构完全一致。2、基于新型单体制备了含氟聚芳醚酮和聚芳醚砜。由4-氟苯基对苯二酚和3,4-二氟苯对苯二酚分别于4,4’-二氟二苯甲酮(DFBP)、4,4’-二氯二苯砜(DCDPS),通过芳香族亲核取代反应制备出了含氟苯侧基的聚芳醚酮(4a-c)、聚芳醚砜(5a-c)。FI-IR、NMR以及EA结果表明,4a-c和5a-c试样的分子结构与所期望的相符。4a-c、5a-c的特性粘度分别为0.50～0.92dL/g、0.62～0.81dL/g,说明聚合物具有较高的分子量。3、研究了所得4a-c和5a-c聚合物的性能。溶解性能分析表明,4a-c和5a-c在常温或加热状态下均可溶于氯仿(CHCI3)、二甲亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、四氢呋哺(THF)和浓硫酸中。4a-c的玻璃化转变温度为148～160℃,氮气氛围中10%的热失重温度为544～606℃；5a-c的玻璃化转变温度为177-196℃,氮气氛围中10%的热失重温度为541～571℃。4a-c和5a-c均具有良好的力学性能,其拉伸强度、杨氏模量以及断裂伸长率分别在88.1～104MPa、2.68-3.52GPa和15%-34%之间。1MHz下的介电常数是2.75-3.02,30℃下的吸水率是0.51-0.94%。4、制备了磺化聚芳醚酮(SPAEK)。由发烟硫酸和4,4’-二氟二苯甲酮反应制备磺化4,4’-二氟二苯甲酮(SDFBP),利用FT-1R、NMR、EA表征了其结构。以此为共聚单体,与DFBP和4-氟苯基对苯二酚进行共聚,制备磺化聚芳醚酮(SPAEK),并通过调整SDFBP与DFBP的摩尔比来控制聚合物的磺化度在20～100%之间,制得了SPAEK-1～5系列聚合物。采用FT-IR、NMR、EA表征手段验证了其结构。SPAEK-1～5的特性粘度为1.06～1.78dL/g,表明具有较高的分子量,可以成膜。5、研究了SPAEK的性能及作为质子交换膜在H2/O2单池中的应用。SPAEK-1～5在NMP、DMSO和DMAc中有良好的溶解性,在氯仿中溶胀,但是不溶于水、甲醇和丙酮,因此既方便成膜,又有耐水和甲醇的性能。聚合物的玻璃化转变温度在176℃以上,并且随着磺化度的增加而提高,对于SPAEK-3～5,在100-350℃范围内已经观察不到明显的玻璃化转变。SPAEK-1～5在250℃下未见明显失重,其热失重曲线上有两个失重平台,分别对应于磺酸根以及分子主链的降解。通过溶液浇铸法制得的SPAEK-1～5膜具有良好的力学性能,其拉伸强度、杨氏模量以及断裂伸长率分别在50.5～70.4MPa、1.04-1.97GPa和12%-23%之间,能满足实际应用的需要。所得SPAEK的溶胀度和吸水率随磺化度增加而增大,随温度升高而增大。磺化度为80%的SPAEK-4在30℃下的吸水率为19.4%、溶胀率为1.3%,在80℃下的吸水率为57.5%、溶胀度为17.9%。质子传导率测试结果表明,随着磺化度以及温度的升高,质子传导率均呈上升趋势。80℃下SPAEK-1～5在水中的质子传导率为4.76×10-3～4×10-1S·cm-1,其中SPAEK-4的质子传导率为1.7×10-1S·cm-1。采用自制的装置测试了常温下SPAEK-1～5勺甲醇渗透率,结果显示仅为同等测试条件下Nafion的1／12～1/8。以SPAEK-4膜为质子交换膜组装了H2/O2单电池,常温下的开路电压为982mV,最大能量密度为114.1mW/cm2.6、改进了磺化单体的合成技术并成功制备出磺化聚芳醚砜。通过提高发烟硫酸浓度、延长磺化反应时间和改变盐析途径,成功制备了磺化4,4’-二氯二苯砜(SDCDPS),通过FT-IR、NMR和EA验证了化合物结构。以SDCDPS、DCDPS和4-氟苯基对苯二酚为共聚单体,通过芳香族亲核取代制备含有磺酸基团的聚芳醚砜(SPAES-1～5),调整DCDPS和SDCDPS的摩尔比实现对聚合物磺化度的控制。通过FT-IR、NMR和EA验证了磺化聚芳醚砜的结构,并且产物具有较高分子量。7、研究了磺化聚芳醚砜的性能及作为质子交换膜的应用。SPAES-1～5溶解性能的测试结果表明,聚合物在NMP、DMSO、DMAc中有良好的溶解性,在氯仿中溶胀,但是不溶于甲醇、水以及丙酮,这一溶解特性不仅解决了此SPAES膜的成型问题,也满足了作为H2/O2和甲醇燃料电池应用的要求。SPAES-1的玻璃化转变温度为200℃,而对于SPAES-2～5,在100～350℃范围内没有明显的玻璃化转变。所有磺化聚芳醚砜的热失重曲线上都有两个失重平台,分别对应于磺酸基团和聚合物主链的降解。溶液浇铸法制得的SPAES-1～5膜力学性能优异,其拉伸强度、杨氏模量以及断裂伸长率分别在47.3～63.5MPa、1.15-1.91GPa和9.8%-13.2%之间。聚合物的吸水率受温度和磺化度影响较大,80℃下磺化度最高的SPAES-5的吸水率为104.55%,溶胀度为30.28%,说明具有很好的尺寸稳定性。SPAES-1～5的质子传导率随温度和磺化度的增加而提高,在90℃液体水中的质子传导率为1.56×10-3～3.54×10-1S’cm-1。磺化聚芳醚砜的甲醇渗透较低,约为同等测试条件下Nafion的1/12～1/7。以SPAES-4膜为质子交换膜组装了H2/O2单电池,并测试了常温下的电池性能,其开路电压为1000.7mV,最大能量密度为120.6mW/cm2。