[發(fā)明專利]一種導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料及其制法和用途

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610080967.0
• 申請(qǐng)日: 2006-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN101077929A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏志祥;江雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): C08L79/02
• 分類號(hào): C08L79/02;C08K9/04;C08G73/02;C08J5/18;C08K3/30;C08K5/42;C08K3/04;C08L29/04;C08L39/06
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王鳳華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及一種導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料，及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

導(dǎo)電高聚物是一種具有高度共軛的主鏈結(jié)構(gòu)和類金屬電導(dǎo)率的新型高分子材料。導(dǎo)電聚合物摻雜/脫摻雜過(guò)程中，由于對(duì)離子的進(jìn)出，通常伴隨著體積的變化。因此導(dǎo)電聚合物/柔性塑料組成的雙層結(jié)構(gòu)在摻雜/脫摻雜的過(guò)程中會(huì)發(fā)生彎曲，可以作為電驅(qū)動(dòng)器件。現(xiàn)有的導(dǎo)電聚合物電化學(xué)驅(qū)動(dòng)器件具有驅(qū)動(dòng)電壓低、變形大的特點(diǎn)，已經(jīng)人工肌肉和微機(jī)械驅(qū)動(dòng)等方面獲得初步應(yīng)用。但是，這些導(dǎo)電聚合物電化學(xué)驅(qū)動(dòng)器也存在形變速度較慢、輸出應(yīng)力不夠大的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的導(dǎo)電聚合物在應(yīng)用于電化學(xué)驅(qū)動(dòng)器時(shí)存在形變速度較慢、輸出應(yīng)力不夠大的缺陷，從而提供一種形變速度較快、輸出應(yīng)力大的導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述向?qū)щ娋酆衔飳訝罴{米復(fù)合材料的用途。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供的導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料，其為導(dǎo)電聚合物和納米層狀無(wú)機(jī)材料的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料，并在電化學(xué)摻雜/脫摻雜時(shí)產(chǎn)生可逆的電驅(qū)動(dòng)性能。

本發(fā)明提供一種上述導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料的制備方法，包括如下的步驟：

1)制備親水性納米層狀材料：

將10重量份納米層狀無(wú)機(jī)材料和1～10重量份改性劑在40～60℃混和，得到改性的納米層狀無(wú)機(jī)材料；然后將其在1000重量份1wt％分散劑的水溶液中超聲分散1小時(shí)，得到納米層狀無(wú)機(jī)材料在水中的穩(wěn)定分散體系；

所述的納米層狀無(wú)機(jī)材料為10～1000納米尺寸的層狀絕緣體材料、層狀半導(dǎo)體材料或?qū)訝顚?dǎo)體材料；優(yōu)選的，所述的層狀絕緣材料為蒙脫土；所述的層狀半導(dǎo)體材料為二硫化鉬；所述的層狀導(dǎo)電材料為層狀石墨；

所述的改性劑為長(zhǎng)鏈季氨鹽、正丁基鋰、濃硫酸或濃硝酸；

所述的分散劑為聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮；

2)利用化學(xué)氧化聚合方法或電化學(xué)氧化聚合方法制備導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料膜：

化學(xué)氧化聚合方法：在步驟1)得到的納米層狀無(wú)機(jī)材料在水中的穩(wěn)定分散體系中加入20～100重量份摻雜劑和50～200重量份導(dǎo)電聚合物的單體，混合均勻后滴加100～500重量份20wt％氧化劑水溶液，在0～5℃反應(yīng)5小時(shí)，導(dǎo)電聚合物的單體聚合，將聚合物的沉淀過(guò)濾后加入500重量份5wt％氨水浸泡24小時(shí)，過(guò)濾，干燥后與摻雜劑混合并溶解在甲苯或間甲酚中，甲苯或間甲酚揮發(fā)后得到復(fù)合材料膜，即為本發(fā)明的導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料。

所述的導(dǎo)電聚合物的單體為苯胺；

所述的摻雜劑為鹽酸，樟腦磺酸或十二烷基苯磺酸；

所述的氧化劑為過(guò)硫酸氨或三氯化鐵；

電化學(xué)氧化聚合方法：在步驟1)得到的納米層狀無(wú)機(jī)材料在水中的穩(wěn)定分散體系中加入20～100重量份摻雜劑和50～200重量份導(dǎo)電聚合物的單體，以不銹鋼或ITO玻璃為陽(yáng)極、鉑絲為對(duì)電極、Ag/AgCl為參比電極進(jìn)行電化學(xué)聚合，一步得到復(fù)合材料膜，即為本發(fā)明的導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料；

所述的導(dǎo)電聚合物的單體為吡咯；

所述的摻雜劑為鹽酸，樟腦磺酸或十二烷基苯磺酸；

所述的電化學(xué)聚合方法為恒電流法、恒電位法或循環(huán)伏安法。

本發(fā)明的導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料通過(guò)在導(dǎo)電聚合物中加入蒙脫土、二硫化鉬或?qū)訝钍蠓鹊靥岣吡藦?fù)合材料的力學(xué)性能，且由于層狀聚合物的存在能加快導(dǎo)電聚合物摻雜脫摻雜的速度，能顯著改善導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料的電驅(qū)動(dòng)性能。本發(fā)明的導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料電化學(xué)氧化還原時(shí)，由于可逆的摻雜—脫摻雜性能，具有在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，形變可逆的性質(zhì)。

本發(fā)明提供的導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料，可以應(yīng)用于生物環(huán)境中的電驅(qū)動(dòng)器件和微流控制泵等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的導(dǎo)電聚合物層狀納米復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)在于力學(xué)性能和電驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度均有較大提高。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1