[發明專利]一種響應性納米復合聚合物導電薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 202011618040.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112768113B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 秦海利;周成林;從懷萍
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01B1/22
• 分類號: H01B1/22;H01B13/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發明公開了一種響應性納米復合聚合物導電薄膜的制備方法，首先將含有功能性基團的小分子與金屬納米材料以動態共價鍵的方式復合獲得納米復合物，然后在可聚合單體的存在下發生自由基聚合反應，獲得納米復合有機凝膠；納米復合有機凝膠與導電金屬納米線混合構成的前驅體溶液在基底涂布，烘干后獲得響應性納米復合聚合物導電薄膜。本發明納米復合聚合物導電薄膜的網絡孔徑結構具有一定的層次規律性，使得納米復合聚合物薄膜在有機溶劑蒸汽中表現出驅動響應性；此外，本發明利用功能性納米材料與有機凝膠溶解液的摻雜混合，賦予納米復合聚合物薄膜導電性能，從而使得納米復合聚合物導電薄膜在物理傳感與檢測、環境監控等方面具有潛在應用。

技術領域

本發明涉及一種響應性納米復合聚合物導電薄膜的制備方法，屬于納米材料技術領域。

背景技術

聚合物薄膜一直是薄膜領域的熱門研究方向之一。由于該類材料具備獨特的固有的低密度、靈活性、商業可用性、表面結構、柔韌性、光學透明性以及優異的機械性能、熱力學性能和物理化學性能，聚合物薄膜被廣泛地應用在物質分離、能量存儲、物理/機械傳感與檢測、環境監測、食品安全、生物醫藥等領域。

近年來出現了一種新型的高分子聚合物與金屬納米材料復合的薄膜，由于其可以符合金屬納米材料獨特的性質，人們開始深入研究和開發金屬納米復合聚合物薄膜，主要應用于光電子學、生物醫學等領域。此類復合薄膜的制備通常包括兩個環節：首先是金屬納米材料的合成，然后將其分散在溶解的聚合物或單體中，進行溶劑蒸發或聚合反應，從而形成金屬納米聚合物復合薄膜。這種制備方法的一個主要優點是高分子聚合物薄膜中復合有功能性納米粒子，對薄膜的強度、拉伸等基本性能有很大的提升，同時還會由于功能性納米粒子的加入，賦予薄膜自修復、近紅外光熱等優異的性能，使高分子聚合物薄膜具備更多功能化應用的前景。

功能性納米復合聚合物薄膜材料，特別是響應性納米復合聚合物薄膜材料，由于可以對外接刺激性環境產生非常迅速的機械運動轉變，并且具有良好的疏水性、高的響應驅動性和較強的循環穩定性能，在響應性材料、驅動器、執行器及傳感器開發等領域具有重要的應用價值，從而一直被科學、技術和工業各界的格外關注。然而，由于此類材料在設計及合成制備方面仍處于起步階段。在制備過程中對納米材料結構及聚合物種類的局限性，以及測試過程中對膜結構的要求等，使其難以得到廣泛應用。因此，研究一種可以簡單迅捷制備響應性納米復合聚合物導電薄膜的方法是很意義的。

發明內容

本發明旨在提供一種響應性納米復合聚合物導電薄膜的制備方法，以動態配位作用和分子鏈間π-π相互作用作為交聯方式，獲得具有有機溶劑響應的納米復合聚合物導電薄膜。

本發明響應性納米復合聚合物導電薄膜的制備方法，首先將含有功能性基團的小分子與金屬納米材料以動態共價鍵的方式復合，獲得納米復合物；隨后將所述納米復合物在可聚合單體的存在下，通過加入引發劑，在外部環境刺激下快速發生自由基聚合反應，即可獲得納米復合有機凝膠；納米復合有機凝膠在有機溶劑中溶解后，將其與導電金屬納米線混合構成的前驅體溶液在基底涂布，烘干溶劑，最終獲得響應性納米復合聚合物導電薄膜。

本發明納米復合聚合物導電薄膜的響應性主要源于多孔結構、孔徑梯度以及溶劑分子與薄膜高分子鏈材料之間的相互作用。納米復合聚合物導電薄膜的網絡孔徑結構具有一定的層次規律性，表現出靠近空氣上表面側網絡孔徑小，靠近基底下表面側網絡孔徑大，且自上表面到下表面，表現出規律性增大。這種有機納米復合薄膜表現出的結構層次規律性，使得納米復合聚合物薄膜在有機溶劑蒸汽中表現出驅動響應性，例如丙酮、二氯甲烷、氯仿等有機溶劑。此外，本發明利用功能性納米材料與有機凝膠溶解液的摻雜混合，賦予納米復合聚合物薄膜具有導電性能，從而使得納米復合聚合物導電薄膜在物理傳感與檢測、環境監控等方面的潛在應用。

本發明響應性納米復合聚合物導電薄膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：金納米顆粒的功能性表面修飾