[發(fā)明專(zhuān)利]一種制備垂直有序碳納米管/聚苯胺復(fù)合膜的方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410581837.X
• 申請(qǐng)日: 2014-10-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104311852B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王霞;蔡思思;李曉燕;廖耀祖;丁婕;張津瑞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08J5/18
• 分類(lèi)號(hào): C08J5/18;C08L79/02;C08K7/24
• 代理公司: 上海德昭知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料的制備，具體涉及一種采用抽濾法和電場(chǎng)法協(xié)同制備垂直有序的碳納米管/聚苯胺復(fù)合膜的方法和裝置。

背景技術(shù)

碳納米管(CNTs)的結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)及熱學(xué)性能。以CNTs為基材的CNTs/聚合物復(fù)合膜已經(jīng)被廣泛研究，CNTs的加入使得復(fù)合膜具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率及高的熱穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)材料、電子器件、生物醫(yī)藥以及電化學(xué)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。目前，CNTs/聚合物復(fù)合膜主要分為兩種，一組是以CNTs與聚合物簡(jiǎn)單共混制備出的復(fù)合膜，制備方法較簡(jiǎn)單，CNTs在聚合物中無(wú)序排列；另一種為垂直有序CNTs/聚合物復(fù)合膜，即CNTs垂直于膜表面有序排列。CNTs的有序排列使得復(fù)合膜具有各向異性、電性能以及機(jī)械性能，在氣體選擇性分離濾膜等方面顯示出良好的應(yīng)用潛力。

聚苯胺(PANi)是一種具有共軛結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電功能性材料，具有原料易得、制備簡(jiǎn)單、導(dǎo)電率高及熱穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在電極材料、選擇性膜材料、電磁屏蔽材料及防腐材料等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。將PANi與CNTs復(fù)合，制備獲得的CNTs/PANi聚合物復(fù)合膜具有優(yōu)異的物理性能。

制備CNTs/PANi聚合物復(fù)合膜特別是垂直有序的復(fù)合膜的關(guān)鍵是CNTs在PANi聚合物中的均勻分散和垂直有序排列。使CNTs在PANi聚合物中垂直有序排列的方法可以是在垂直陣列的CNTs中填充入聚合物，也可以誘導(dǎo)CNTs在聚合物中的取向。垂直陣列生長(zhǎng)的CNTs(如采用化學(xué)氣相沉積法制備獲得)有序度高，但管與管間隙過(guò)小，后期聚合物難以填充進(jìn)管隙中，且制備出的CNTs陣列面積較小，價(jià)格昂貴。采用外力場(chǎng)誘導(dǎo)CNTs在聚合物中的取向可以制備更具實(shí)用性的復(fù)合膜，這些外力場(chǎng)包括強(qiáng)磁場(chǎng)、電場(chǎng)、機(jī)械力場(chǎng)等。強(qiáng)磁場(chǎng)法能夠制備出高度有序的CNTs陣列，但制備過(guò)程中需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)25T左右，實(shí)驗(yàn)條件苛刻。電場(chǎng)法是CNTs在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生極化現(xiàn)象，產(chǎn)生偶極矩，從而使得CNTs能夠沿著電場(chǎng)力的方向達(dá)到有序排列，但電場(chǎng)法較難獲得薄膜狀CNTs/聚合物復(fù)合膜。機(jī)械力場(chǎng)誘導(dǎo)取向，如抽濾法，可以利用真空抽濾裝置，直接將CNTs和PANi納米纖維混合分散液在剪切力作用下抽濾成薄膜，其制備方法簡(jiǎn)便，但得到的復(fù)合膜中CNTs有序度較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行的，目的在于提供一種制備垂直有序碳納米管/聚苯胺復(fù)合膜的方法和裝置，使碳納米管在聚苯胺中的排列垂直有序且均勻分散。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下的技術(shù)方案：

<方案一>

本發(fā)明提供一種制備垂直有序碳納米管/聚苯胺復(fù)合膜的方法，其特征在于，包括以下步驟：制備混合水分散液步驟，對(duì)碳納米管進(jìn)行酸化處理，將酸化處理后的碳納米管配置成碳納米管水分散液，然后將聚苯胺納米纖維配置成聚苯胺納米纖維水分散液，然后將碳納米管水分散液和聚苯胺納米纖維水分散液混合，超聲4h，再機(jī)械攪拌30min，得到混合水分散液；抽濾和電場(chǎng)協(xié)同制備碳納米管/聚苯胺復(fù)合膜步驟，將混合水分散液倒入抽濾-電場(chǎng)裝置，在該抽濾-電場(chǎng)裝置的濾紙上施加垂直于濾紙的電壓，該電壓為100～250V，調(diào)節(jié)抽濾-電場(chǎng)裝置的抽濾功率為180W，對(duì)混合水分散液施加電場(chǎng)和抽濾的協(xié)同作用，在抽濾結(jié)束后繼續(xù)施加電壓24h，然后將濾紙取出，自然晾干后得到在濾紙上沉積的碳納米管/聚苯胺復(fù)合膜，其中，混合水分散液中碳納米管與聚苯胺納米纖維的質(zhì)量比為5:1。

進(jìn)一步，本發(fā)明提供的制備垂直有序碳納米管/聚苯胺復(fù)合膜的方法，還可以具有這樣的特征：其中，碳納米管水分散液的濃度為0.23mg/mL，聚苯胺納米纖維水分散液的濃度為0.15mg/mL。

另外，本發(fā)明提供的制備垂直有序碳納米管/聚苯胺復(fù)合膜的方法，還可以具有這樣的特征：其中，在濾紙上施加的電壓是250V。

<方案二>