[發明專利]一種纖維基導電聚吡咯/碳納米管復合電極材料的原位界面聚合方法

有效

• 申請號: 201410620804.1
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN104392844B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 趙亞萍;蔡再生;朱航悅;劉彩虹;陳琛
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34;H01G11/86
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于柔性電極材料的制備領域，特別涉及一種纖維基導電聚吡咯/碳納米管復合電極材料的原位界面聚合方法。

背景技術

隨著電子技術的快速發展，電子器件和相應驅動電源的小型化、輕便化成為發展主流。紡織纖維材料具有其它片材難以比擬的比表面大的特點，將織物作為能量儲存單位的基體，通過導電活性物質在其表面的組裝而形成的輕型電池和超級電容器，另一方面，纖維及其集合體(紗線、織物等)具有可加工性、組合性等特性，其在設計與應用方面具有較大的想象空間，便攜式柔性材料的骨架選擇逐步由聚合物橡膠、塑料薄膜向纖維材料發展，同時推進了移動顯示服裝、反應性高性能運動服裝和能源紡織品等高科技紡織品的發展。

以普通紡織纖維為骨架制備的三維復合材料為開發廉價、環保、柔性電化學電容器電極材料提供了新思路。將電極活性材料的高儲能性能和纖維材料的粗糙多孔及其優良的柔性相結合，形成具有三維連通網絡結構組裝成可彎折儲能器件，在彎折條件下仍然具有較高的比容量，并與未彎折時的比容量相當，輕薄和柔軟的特點更有利于其與服裝進行集成，成為提高電子設備的人機交互性能的便攜式輸入設備的理想選擇，這將在未來柔性器件領域具有極大的應用潛力。

目前纖維基復合電極材料多采用化學聚合或電聚合的方式將導電聚合物沉積在經過碳納米材料預處理過的纖維基體上，步驟較多，反應時間較長。通過查閱相關文獻，發現界面聚合法的特點是因反應體系中多相(兩相或兩相以上)的存在，反應發生在多相的界面處，使聚合反應更緩和，產物更細致均勻，其優點是能較好地控制材料的微觀結構與均勻性。該方法較多的應用于高分子薄膜的制備，應用于纖維制品反應體系制備復合電極材料還未見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種纖維基導電聚吡咯/碳納米管復合電極材料的原位界面聚合方法，本發明制備方法簡單，聚合反應更緩和，產物更細致均勻，反應液組成簡單，安全環保，成本低，對設備要求性能低。

本發明的一種纖維基導電聚吡咯/碳納米管復合電極材料的原位界面聚合方法，包括：

(1)在含有表面活性劑的三氯化鐵水溶液中加入碳納米管，超聲處理，得到水相分散液A；

(2)將纖維素纖維織物浸漬在水相分散液A中，振蕩10-30min，然后滴加吡咯有機相溶液B，再振蕩攪拌反應90-150min，得到處理后的織物；其中有機相體積為水相體積的2-4倍；

(3)將上述處理后的織物浸泡，洗滌，干燥，既得纖維基導電聚吡咯/碳納米管復合電極材料。

所述步驟(1)中表面活性劑為陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑中的一種或幾種。

所述陽離子表面活性劑為十六或十二烷基三甲基銨鹽，陰離子為氯離子或溴離子，非離子表面活性劑為多元醇酯聚氧乙烯醚。

所述多元醇酯聚氧乙烯醚為吐溫80。

所述步驟(1)中水相分散液A組成為三氯化鐵濃度0.3～0.6mol/L，表面活性劑濃度各為0.004～0.006mol/L，碳納米管用量4～8mg/ml。

所述步驟(1)中超聲處理時間為10-30min。

所述步驟(2)中纖維素纖維織物的種類為棉、麻、粘膠纖維中的一種。

所述步驟(2)中吡咯有機相溶液中有機溶劑采用氯仿或溴仿；吡咯有機相溶液的濃度為0.2-0.4mol/L，纖維素纖維織物與水相體積的浴比為1:50。

所述步驟(2)中吡咯有機相溶液中有機溶劑采用氯仿或溴仿；吡咯有機相溶液的濃度為0.2-0.4mol/L。

所述步驟(2)中振蕩反應溫度均為-10～10℃，振蕩反應時間為90-150min。

所述步驟(3)中浸泡為用無機酸溶液浸泡20～40min，再在丙酮中浸泡5～10min；洗滌為用去離子水洗滌。

所述無機酸為鹽酸、硫酸或硝酸，濃度為0.05～0.15mol/L。

本發明采用多相反應體系，在反應液中添加高度分散的碳納米管，利用界面聚合反應原位沉積聚吡咯/碳納米管復合膜，步驟簡單，在較短的時間內可獲得較高電導率的復合材料。通過控制表面活性劑種類及其濃度比例、有機相與水相體積比、有機單體與氧化劑的濃度、反應時間等反應條件，可獲得較高比電容和較好循環穩定性的復合電材料，在便攜式電子與能源產品以及智能紡織品領域具有廣闊的應用前景。

有益效果