[發(fā)明專利]一種石墨烯/聚苯胺納米復(fù)合纖維膜的制備方法及其應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811517468.2
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109537083A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 辛斌杰;姜宇;陳卓明;劉巖
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: D01F6/50
• 分類號: D01F6/50;D01F1/10;D04H1/728;D01D5/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 胡永宏

本發(fā)明公開了一種石墨烯/聚苯胺納米復(fù)合纖維膜的制備方法及其應(yīng)用，其步驟包括：石墨烯溶解于聚乙烯醇水溶液，高速剪切得石墨烯溶液，十二烷基苯磺酸加入到石墨烯溶液冰浴攪拌，并加入苯胺攪拌30min，過硫酸銨溶液滴加至混合溶液高速攪拌4h，得聚苯胺/石墨烯復(fù)合靜電紡絲液，經(jīng)靜電紡絲和真空干燥得聚苯胺石墨烯復(fù)合纖維膜，制備方法操作簡單、成本低廉；所得石墨烯/聚苯胺復(fù)合納米纖維膜作為超級電容器電極材料用于可穿戴電子產(chǎn)品電化學(xué)活性高、比容高、穩(wěn)定性好，作為儲能材料用于智能紡織品也具有廣闊的市場前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機-有機復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯/聚苯胺納米復(fù)合纖維膜的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

導(dǎo)電纖維膜由于具有良好的柔軟性和導(dǎo)電性，通過靜電紡絲技術(shù)制備的超細納米纖維或納米纖維膜因其優(yōu)良的性能在眾多領(lǐng)域均具有良好的發(fā)展和應(yīng)用潛力，如傳感器、生物骨架、電子器件、增強復(fù)合材料、防護服、過濾材料、生物醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域。

固有導(dǎo)電聚合物(ICPs)，包括聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯，是具有類似于半導(dǎo)體和金屬等無機材料的電學(xué)性質(zhì)的有機材料。由于具有低制造成本、低密度、良好的可加工性、高機械靈活性的特點，使得它們成為高密度金屬和氧化物的替代品。與大多數(shù)聚合物一樣，ICPs具有良好的延展性、相似的熱膨脹系數(shù)和力學(xué)性能，使穩(wěn)定導(dǎo)電塑料復(fù)合材料的研制成為可能，可以用作電致變色器件和太陽能電池的柔性透明電極。聚苯胺作為導(dǎo)電高分子已有廣泛的研究，其價格便宜、導(dǎo)電性能優(yōu)良，是ICPs中最穩(wěn)定的熱工材料之一，是具有良好應(yīng)用前景的固有導(dǎo)電聚合物。然而，聚苯胺較差的溶解性和穩(wěn)定性限制了其在商業(yè)化的使用。

石墨烯(Graphene)是一種由單層碳原子組成的片狀結(jié)構(gòu)的新型材料，碳原子之間通過化學(xué)鍵相互連接成六角晶格結(jié)構(gòu)，其機械力學(xué)強度高、導(dǎo)熱性好、載流子遷移率高、比表面積大，在電子器件、傳感器、儲能器件以及補強和填充復(fù)合材料等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。石墨和石墨烯等導(dǎo)電碳材料具有高的機械力學(xué)強度和良好的導(dǎo)電性，但作為具有雙電層電容特征碳材料，比電容量不高，且石墨烯在非極性溶劑中分散性能較差，限制了石墨烯基復(fù)合材料的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯/聚苯胺納米復(fù)合纖維膜的制備方法及其應(yīng)用，以聚苯胺和石墨烯為原料，先經(jīng)摻雜誘導(dǎo)和乳液聚合制備聚苯胺/石墨烯/聚乙烯醇復(fù)合紡絲液，通過靜電紡絲制得具有高比表面積的聚苯胺/石墨烯/聚乙烯醇纖維膜，通過兩者協(xié)同作用，改善聚苯胺的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，又彌補碳材料電容量小的問題，同時有助于導(dǎo)電聚合物納米纖維在可穿戴電子產(chǎn)品和智能紡織品的應(yīng)用。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

石墨烯/聚苯胺納米復(fù)合纖維膜的制備方法，具體地，包括以下步驟：

(1)將聚乙烯醇顆粒加入到水中，在攪拌的條件下于90～95℃加熱熔融，得聚乙烯醇溶液；再將石墨烯加入至上述聚乙烯醇溶液并高速剪切10～30min，得固含量為0.25wt％的石墨烯/聚乙烯醇混合液；其中，所述聚乙烯醇溶液的質(zhì)量濃度為4.0％～4.5％；

(2)將步驟(1)中所述石墨烯/聚乙烯醇混合液轉(zhuǎn)移至三角燒瓶，并置于冰浴循環(huán)泵中，在攪拌的條件下于0℃依次加入十二烷基苯磺酸、苯胺和過硫酸銨溶液進行乳液聚合反應(yīng)3～5h，至反應(yīng)液成墨綠色，得聚苯胺/石墨烯/聚乙烯醇復(fù)合乳液；乳液破乳，計算聚苯胺/石墨烯固含量；復(fù)合乳液加入聚乙烯醇溶液中，配置不同固含量的聚苯胺/石墨烯、固含量為10wt％的聚乙烯醇紡絲液；其中，

所述過硫酸銨溶液的滴加速度為6滴/5s；

所述聚苯胺/石墨烯/聚乙烯醇復(fù)合紡絲液中，所述聚苯胺和所述石墨烯的混合物的質(zhì)量濃度為0.2％～1％；

所述十二烷基苯磺酸、過硫酸銨和苯胺的摩爾比為0.8：0.8：1；