[發明專利]聚（3，4-二氧乙基）噻吩包覆碳納米管的復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201110131931.1
• 申請日: 2011-05-20
• 公開（公告）號: CN102250324A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 胡秀杰;白曉霞;周樹云;嚴峻;孫承華;陳萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C08K13/04;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于碳材料與導電聚合物復合材料領域，涉及碳納米管與聚噻吩類導電聚合物復合材料的制備方法，特別涉及以有機溶劑、表面活性劑和水三相體系為基礎，原位化學聚合法制備電性能優異的由聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)包覆碳納米管的復合材料的方法。?

背景技術

導電聚合物由于兼具聚合物結構多樣、易于加工、價廉等特性以及具有半導體、金屬的電性能等，有望用于儲能器件、發光器件、傳感器件、電致變色等器件，由此引起了國內外科學家的廣泛關注。碳納米管(carbon?nanotube，CNT)，由于其獨特的結構和物理、化學特性(Nature，1993，363，603-605)，一經問世，也備受國內外研究者的青睞。近年來，將碳納米管與導電聚合物(CNTs/conductive?polymers)復合，利用二者的“協同作用”，保持碳納米管的強機械支撐作用，以及一維網絡結構同時賦予導電聚合物的柔韌性能，在超級電容器中提高電容特性(Journal?of?Physics?and?Chemistry?of?Solids，2004，65，295-301)，在隱身材料中提高雷達吸收特性(Synthetic?Metals，2006，156，497-505)、在熱電材料中提高熱電特性(ACS?Nano，2010，4，513-523)等，因此，導電聚合物與碳納米管的復合成為很有吸引力的課題。?

制備碳納米管與導電聚合物復合材料的方法很多，目前主要以電化學方法為主，Peng等(Electrochimica?Acta，2007，53，525-537)利用電化學共沉積法得到了導電聚合物聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)、聚苯胺(PANt)、聚吡咯(PPy)與碳納米管的復合物并分別研究、比較了三種復合物作為超級電容器電極材料的電化學特性；Gao?Mei和Dai?Liming等人(AngewandteChemie?International?Edition，2000，39，3664-3667)通過電化學沉積法得到了導電聚合物PANI和PPy分別與碳納米管的復合物陣列。電化學方法的優點是易于獲得高度有序的復合物陣列或者是尺寸極小的納米結構復合物材料，但是電化學方法本身存在一定的局限性，如實驗的穩定性、重復性較難控制且可反應面積較小，不利于規模化生產等等。Sreeram?Vaddiraju等人(ACS?AppliedMaterials?&?Interfaces，2009，1，2565-2572)提出了一種新的方法，利用化?學氧化氣相沉積(oCVD)可控制備了高度有序的陣列結構碳納米管與導電聚合物PEDOT及環氧樹脂的復合材料，這種氣相沉積法對于實驗條件的要求也比較苛刻。原位化學聚合法，反應條件溫和，易于控制。E.Frackowiak等人(Journal?of?Power?Sources，2006，153，413-418)通過原位化學聚合分別得到了導電聚合物PANI、PPy和PEDOT與多壁碳納米管的復合物。其中PANI包覆碳納米管的形貌較好，PPy、PEDOT與CNTs復合物中，均出現未包覆到碳納米管表面的聚合物小球狀產物；特別是PEDOT包覆到碳納米管上較少，更多地表現出PEDOT自身聚合的趨勢，導致二者在體系中獨立存在。本發明提出以有機溶劑、表面活性劑和水三相體系為基礎，以碳納米管自身為模板、原位化學聚合制備電性能優異的由聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)很好包覆碳納米管纖維的復合材料的方法。該方法主要是通過調控體系中氧化劑溶液濃度以及碳納米管在體系中的固含量，特別是調控體系中水與表面活性劑的摩爾比，獲得不同電導率的由聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)包覆碳納米管的復合材料，方法簡便、可控且利于大規模合成。?

發明內容

本發明的目的是提供一種在有機溶劑、表面活性劑和水三相體系中，以碳納米管自身為模板、原位化學聚合制備電性能優異的由聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)包覆碳納米管的復合材料的方法。?

本發明的聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)包覆碳納米管纖維的復合材料是通過在有機溶劑、表面活性劑、水三相體系中，加入氧化劑溶液、碳納米管分散液和(3，4-二氧乙基)噻吩(EDOT)單體，通過原位化學聚合法得到的，該制備方法包括以下步驟：?

a)稱取一定量的碳納米管，將其超聲分散于去離子水中，得到固含量為0.3～3wt％的碳納米管分散液；?

b)稱取一定質量的氧化劑，將其溶于去離子水中，攪拌溶解，得到含有濃度為12～16mol/L氧化劑的水溶液；?