[發明專利]高導電性聚苯胺-石墨烯復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910907656.4
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN112625440B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 鄭俊萍;馬霖;趙丹
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08K9/08;C08K9/04;C08K3/04;C08G73/02
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 李薇

本發明公開了一種高導電性聚苯胺?石墨烯復合材料及其制備方法和應用，以甲基丙烯酸甲酯與輔助共聚單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨通過懸浮聚合方式進行共聚，同時原位添加氧化石墨烯與共聚產物實現復合；將所制備聚甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨?氧化石墨烯復合材料加入苯胺聚合反應體系中，再對產物進行刻蝕、還原，制得聚苯胺?石墨烯復合材料。本發明在聚苯胺中加入石墨烯填充物進行復合，較純聚苯胺，電學性能得到大幅度提高，此方法成功地改善了石墨烯在基體中的分散性，解決了聚苯胺材料在電學性能方面存在的問題。

技術領域

本發明涉及復合導電材料技術領域，特別是涉及一種高導電性聚苯胺-石墨烯復合材料及其制備方法和應用，以聚苯胺(PANI)為基體，通過輔助共聚單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨與填充物氧化石墨烯(GO)產生靜電相互作用促進氧化石墨烯的分散，制備PANI基納米復合材料。

背景技術

聚苯胺(PANI)是一種半柔性的導電聚合物，具有獨特的電學、光學性質。相比傳統聚合物，PANI分子鏈上的共軛結構賦予其獨特的電學性能，經摻雜等處理后可以顯著提高其電導率和電化學性能，對于制備導電聚合物具有良好的應用前景，一經發現就引起了科學界的強烈關注，是近幾十年來研究最多的導電聚合物之一。現如今，PANI已被廣泛應用于如電磁干擾屏蔽，可充電電池，光伏電池，化學傳感器，氣體分離膜等領域。此外，與其他導電聚合物相比，PANI由于其成本低，原料易得，易于合成且環境穩定性好，電導率較高而在二次電池、超級電容器、生物/化學傳感器、有機發光二極管等領域均有著廣泛的應用。

然而，PANI與金屬相比電導率低，且機械性能和加工性較差，因而通常需要對其進行改性。石墨烯作為復合材料的填料具有很大的潛力，可以提高聚合物基體的機械、電學和熱學性能。將石墨烯作為導電納米填料添加到PANI基體中，可以顯著提升PANI的電導率。然而，由于納米填料本身易團聚的特性，通常需要對其進行有機改性后才能使用，這使得復合材料的制備工藝更加復雜，制備過程更加冗長，同時改性劑的添加也可能影響復合材料的性能。這些副作用對于工業化生產而言，會在很大程度上增加經濟成本。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的通過改性納米填料制備PANI復合材料工藝復雜且產品性能差的問題，而提供高導電性聚苯胺-石墨烯復合材料，該復合材料具有良好的電導率。在不對納米填料進行有機改性的前提下，獲得性能優異的復合材料。

本發明的另一方面，是提供所述高導電性聚苯胺-石墨烯復合材料的制備方法，基于GO表面電荷呈負電性，用帶有正電荷的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(MTC)作為輔助單體與甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚，實現對基體電荷環境的調控，并加入GO納米填充物進行聚合，并以聚合所得復合微球為模板，引入苯胺聚合體系，制備PANI-石墨烯復合材料，研究石墨烯添加量以及不同制備手段對復合材料性能的影響

本發明的另一方面，是提供所述高導電性聚苯胺-石墨烯復合材料的應用。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

高導電性聚苯胺-石墨烯復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，在水中加入氧化石墨烯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，超聲分散均勻，得到超聲分散液；

步驟2，將分散劑、表面活性劑、甲基丙烯酸甲酯和步驟1得到的超聲分散液混合均勻后得到反應體系，將該反應體系置于惰性氣體氣氛，升溫至引發劑溫度之上后，加入引發劑以引發聚合，進行聚合反應，然后過濾，洗滌，烘干得到甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨-氧化石墨烯共聚物粉末P(MMA-co-MTC)/GO，記作P(M-M)/GO。如圖4所示，在微觀結構上P(M-M)/GO呈較為光滑的復合微球狀，微球聚集在一起，GO包覆在復合微球中。