[發明專利]一種硅納米線—聚吡咯復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710090068.7
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN108459054B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 秦玉香;崔震;劉雕;王澤峰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y30/00;B82Y40/00;C23C14/16;C23C14/34;C30B33/10
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開一種硅納米線—聚吡咯復合材料的制備方法，以硝酸銀和氫氟酸對單晶硅片進行金屬輔助化學刻蝕，以在單晶硅片形成垂直于表面的硅納米線，然后在單晶硅片表面旋涂十二烷基苯磺酸和過硫酸銨的混合溶液，再置于密閉聚合裝置中，吡咯單體溶液的上方，抽為負壓進行聚合，以得到硅納米線—聚吡咯復合材料。本發明克服傳統液相化學聚合法和電化學制備方法的諸多缺點，制備方法簡單，成本低廉，功耗低，合成的聚吡咯薄膜致密均勻，利用本發明方法構筑的聚吡咯表面修飾一維硅基氣敏材料對特定氣體具有高的室溫靈敏度和快速響應恢復性能。

技術領域

本發明屬于復合材料的制備技術領域，更加具體地說，涉及一種聚吡咯復合材料的制備領域，尤其涉及一種硅納米線/聚吡咯復合材料(SiNWs@ppy)的制備方法，提供了一種氣相吡咯單體在常溫下聚和于硅納米線上的方法。同時硅納米線/聚吡咯復合結構也在敏感器件的低功耗、超快響應速度方面具有很重要的研究價值。

背景技術

單晶硅納米線具有非常高的比表面積而且具有非常好的表面活性，非常適合制作各種傳感器器件，因此近些年來受到了廣泛的關注。傳統的硅納米線(SiNWs)制備方法包括：水熱法、溶液法、化學氣相沉積，金屬輔助化學刻蝕法等，但是，金屬輔助化學刻蝕法刻蝕制備硅納米線具有制備過程簡單，制備成本低廉，適合大規模工業生產的顯著優勢。1977年A.J.Heeger、A.G.MacDiarmid和白川英樹(H.Shirakawa)發現,聚乙炔薄膜經電子受體摻雜后電導率增加了9個數量級(他們為此共同獲得2000年度諾貝爾化學獎)。這一重大發現打破了有機聚合物是絕緣體的傳統觀念，開啟了導電聚合物的研究之門，由此引發了世界各的研究熱潮。在眾多導電聚合物中，聚吡咯除了具有導電聚合物共同的特征以外,還具有單體無毒,容易制備,所制備的膜電導率高,機械性能好且在空氣中穩定性好等優點,逐漸成為了導電聚合物研究的重點。

室溫下聚吡咯接觸氣體時，與氣體分子發生有化學變化的強相互作用和無化學變化的弱相互作用，導致自身導電性或其它物理化學性質發生改變。相比無機半導體材料，高分子氣敏材料具有可室溫檢測、加工性好、制備簡單、成本低廉等優點，發展十分迅速，目前已成為敏感材料的研究熱點之一。在DE3940731(A1)專利文件中，公開了一種《Electrically conductive copolymers of pyrrole-obtd.by reacting pyrrole and/or aniline and amino gp.contg.phthalocyanine(s)》。提供了一種電化學的方法制備聚吡咯，但是在實際應用中電壓和電流可很不穩定，導致制備的納米材料不均勻，影響性能；并且大規模工業化生產造成巨大的功耗和資源浪費，極大的增大了制備成本。在文獻《One-pot fabrication of uniform polypyrrole/Au nanocomposites and investigationfor gas sensing》中，公開了一種利用液相化學聚合的方法制備聚吡咯/金納米復合材料的方法，但是利用液相聚合的方法重復性差，制備的納米材料不均勻，極大的限制了大規模工業生產和最終材料的性能。

傳統的聚吡咯納米復合材料包括：聚吡咯/氧化鎢、聚吡咯/氧化鋅、聚吡咯/二氧化錫等聚吡咯/金屬氧化物納米復合材料；聚吡咯/金，聚吡咯/銀、聚吡咯/鈀等聚吡咯/貴金屬復合材料；聚吡咯/碳納米管復合材料等。但是傳統的聚吡咯納米復合材料制備過程復雜，制備的氣敏元件靈敏度低，響應恢復性能差，不能達到現代化生產的需求，因此制備一種制備簡單廉價的高性能氣敏材料體系已經時不我待。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種硅納米線—聚吡咯復合材料的制備方法，利用氣相吡咯單體，室溫下聚合導電聚吡咯，克服了傳統的制備方法的缺點，避免了高溫條件下氣相聚合。制備方法簡單，成本低廉，功耗低，而且合成的聚吡咯薄膜致密且均勻。利用本發明方法構筑的聚吡咯表面修飾一維硅基氣敏材料對特定氣體具有高的室溫靈敏度和快速響應恢復性能。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：