CN101934591B - 通过冷拉伸提高聚苯胺及聚苯胺复合薄膜电导率的方法 - Google Patents
通过冷拉伸提高聚苯胺及聚苯胺复合薄膜电导率的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供的通过冷拉伸提高聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜电导率的方法，其为：首先将聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜裁剪成矩形；之后在室温条件下采用电子万能试验机对矩形聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜进行弹性拉伸；再将经冷拉伸的聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜浸泡在酸性溶液中进行掺杂反应，得到电导率提高的聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜；该方法操作简便，且广泛适用于聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜，薄膜的室温电导率可提高2～20倍；而且不会对薄膜形态和尺寸造成破坏性。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过冷拉伸提高聚苯胺及聚苯胺复合薄膜电导率的方法。
背景技术
自从八十年代MacDiarmid将易合成、环境稳定性好的聚苯胺(PANI)作为导电高分子加以研究以来，聚苯胺及其聚苯胺复合材料的合成、结构、导电性能及加工工艺等方面的研究已取得重大进展。随着分子电子器件的开发，聚苯胺及其复合材料的应用也向着薄膜化发展。如何提高导电聚苯胺及其导电聚苯胺复合薄膜的导电性能成为近些年来科学家们关注的重点。1991年，Cromack等发现在高于聚苯胺薄膜的玻璃化转变点(110℃)的温度区域对聚苯胺薄膜进行热拉伸可以让其导电率增加。后来有更多的科研工作者采用这种热拉伸的办法来提高聚苯胺及其聚苯胺复合薄膜材料的电导率。但是这种热拉伸提高导电聚苯胺及其聚苯胺复合薄膜的方法有很多的不足。一是需要高温环境(80～110℃)；二是通常要大幅提高薄膜的电导率则需要延伸率达到200％，而这个过程需要较长的时间；三是这种热拉伸会破坏原有薄膜尺寸的变化，而这种变化不利于工业应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过冷拉伸提高聚苯胺及聚苯胺复合薄膜电导率的方法；该方法操作简单高效，在室温下进行且不会对薄膜尺寸和形态造成破坏。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的通过冷拉伸提高聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜电导率的方法，其特征是：首先将聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜裁剪成矩形；之后在室温条件下采用电子万能试验机对矩形聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜进行弹性拉伸；再将经冷拉伸的聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜浸泡在酸性溶液中进行掺杂反应，得到电导率提高的聚苯胺薄膜或电导率增强的聚苯胺复合薄膜，其室温电导率提高2～20倍；
所述对矩形聚苯胺薄膜或矩形聚苯胺复合薄膜进行弹性拉伸的步骤如下：
在室温条件下采用拉伸夹具夹持住裁剪好的矩形聚苯胺薄膜或矩形聚苯胺复合薄膜，将拉伸夹具装于电子万能试验机对所述薄膜进行弹性拉伸；拉伸过程中电子万能试验机的横梁运行速度为1mm/分钟，弹性拉伸力为1～9N；拉伸结束后得到经拉伸的聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜；
所述的掺杂反应为：
将经冷拉伸处理后的聚苯胺薄膜或经冷拉伸处理后的聚苯胺复合薄膜浸泡于酸性溶液中1分钟，取出并置于空气中自然干燥，得到电导率增强的聚苯胺薄膜或电导率增强的聚苯胺复合薄膜；
所述酸性溶液为盐酸、硫酸、磷酸、β-萘磺酸或樟脑磺酸；
所述酸性溶液的浓度为5～10M。
所述聚苯胺薄膜的制备步骤如下；
1)将聚苯胺粉末加入到N-甲基吡咯烷酮中，均匀搅拌充分溶解，得到黑色的聚苯胺饱和溶液；
2)将得到的聚苯胺饱和溶液逐滴滴加在清洗干净的载波片上，然后用烘箱对载波片进行加热干燥，得到聚苯胺薄膜；
所述加热干燥温度为50～85℃；
所述聚苯胺饱和溶液滴加量为每平方厘米载波片滴加0.025～0.125mL聚苯胺饱和溶液。
所述聚苯胺复合薄膜的制备步骤如下；
1)将聚苯胺粉末加入到N-甲基吡咯烷酮中，均匀搅拌充分溶解，得到黑色的
聚苯胺饱和溶液；
2)在上述聚苯胺饱和溶液中加入添加物得到混合溶液，之后再将混合溶液逐滴滴加在清洗干净的载波片上，然后用烘箱对载波片进行加热干燥，得到聚苯胺复合薄膜；
所述添加物与聚苯胺饱和溶液的体积比为1～5g/L；
所述加热干燥温度为50～85℃；
所述添加物为聚吡咯、碳纳米管或磁性Fe3O4颗粒；
所述混合溶液的滴加量为每平方厘米载波片滴加0.025～0.125mL混合溶液；
所述添加物为聚吡咯、碳纳米管及磁性Fe3O4颗粒。
与现有技术相比，本发明提供的冷拉伸提高聚苯胺或聚苯胺复合薄膜的方法具有如下优点：
本发明冷拉伸提高聚苯胺或聚苯胺复合薄膜的方法操作简便，且广泛适用于聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜，薄膜的室温电导率可提高2～20倍；而且不会对薄膜形态和尺寸造成破坏性。
具体实施方式
实施例1
1、聚苯胺的制备；
将购买的聚苯胺粉末加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，均匀搅拌后得到黑色的聚苯胺饱和溶液；
2、将上述聚苯胺饱和溶液逐滴滴加在清洗干净的载波片上，其滴加量为0.025mL/cm2(即每平方厘米载波片滴加0.025mL聚苯胺饱和溶液)，然后用烘箱对载波片进行加热干燥即得到了中性聚苯胺薄膜，加热干燥温度为50℃；
3、聚苯胺薄膜的冷拉伸处理
将聚苯胺薄膜裁剪成10×10×70的矩形；
在室温条件下采用拉伸夹具夹持住裁剪好的矩形聚苯胺薄膜，在将夹持有矩形聚苯胺薄膜的拉伸夹具置于电子万能试验机上，对矩形聚苯胺薄膜进行弹性拉伸，电子万能试验机的横梁运行速度为1mm/分钟，弹性拉伸力为1N；拉伸结束后得到经拉伸处理的聚苯胺薄膜；
4、经冷拉伸处理的聚苯胺薄膜的酸掺杂
将经冷拉伸处理后的聚苯胺薄膜浸泡于浓度为5M的盐酸溶液中，放置1分钟后取出，在空气中自然干燥后得到电导率增强的导电聚苯胺薄膜，经测试该冷拉伸处理后的导电聚苯胺薄膜的室温电导率提高至少2倍。
实施例2
1、聚苯胺的制备；
将购买的聚苯胺粉末加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，均匀搅拌后得到黑色的聚苯胺饱和溶液；
2、将上述聚苯胺饱和溶液逐滴滴加在清洗干净的载波片上，其滴加量为0.07mL/cm2(即每平方厘米载波片滴加0.07mL聚苯胺饱和溶液)，然后用烘箱对载波片进行加热干燥即得到了中性聚苯胺薄膜，加热干燥温度为65℃；
3、聚苯胺薄膜的冷拉伸处理
将聚苯胺薄膜裁剪成10×10×70的矩形；
在室温条件下采用拉伸夹具夹持住裁剪好的矩形聚苯胺薄膜，在将夹持有矩形聚苯胺薄膜的拉伸夹具置于电子万能试验机上，对矩形聚苯胺薄膜进行弹性拉伸，电子万能试验机的横梁运行速度为1mm/分钟，弹性拉伸力为5N；拉伸结束后得到经拉伸处理的聚苯胺薄膜；
4、经冷拉伸处理的聚苯胺薄膜的酸掺杂
将经冷拉伸处理后的聚苯胺薄膜浸泡于浓度为7.5M的硫酸溶液中，放置1分钟后取出，在空气中自然干燥后得到电导率增强的导电聚苯胺薄膜，经测试该冷拉伸处理后的导电聚苯胺薄膜的室温电导率提高了20倍。
实施例3、
1、聚苯胺的制备；
将购买的聚苯胺粉末加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，均匀搅拌后得到黑色的聚苯胺饱和溶液；
2、将上述聚苯胺饱和溶液逐滴滴加在清洗干净的载波片上，其滴加量为0.125mL/cm2(即每平方厘米载波片滴加0.125mL聚苯胺饱和溶液)，然后用烘箱对载波片进行加热干燥即得到了中性聚苯胺薄膜，加热干燥温度为85℃；
3、聚苯胺薄膜的冷拉伸处理
将聚苯胺薄膜裁剪成10×10×70的矩形；
在室温条件下采用拉伸夹具夹持住裁剪好的矩形聚苯胺薄膜，在将夹持有矩形聚苯胺薄膜的拉伸夹具置于电子万能试验机上，对矩形聚苯胺薄膜进行弹性拉伸，电子万能试验机的横梁运行速度为1mm/分钟，弹性拉伸力为9N；拉伸结束后得到经拉伸处理的聚苯胺薄膜；
4、经冷拉伸处理的聚苯胺薄膜的酸掺杂
将经冷拉伸处理后的聚苯胺薄膜浸泡于浓度为10M的磷酸溶液中，放置1分钟后取出，在空气中自然干燥后得到电导率增强的导电聚苯胺薄膜，经测试该冷拉伸处理后的导电聚苯胺薄膜的室温电导率提高了8倍。
实施例4、
1、聚苯胺复合薄膜的制备；
将购买的聚苯胺粉末加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，均匀搅拌后得到黑色的聚苯胺饱和溶液；
2、将1g/L聚吡咯采用超声均匀分散在聚苯胺饱和溶液中，将上述混合溶液逐滴滴加在清洗干净的载波片上，其滴加量为0.025mL/cm2(即每平方厘米载波片滴加0.125mL混合溶液)，然后用烘箱对载波片进行加热干燥即得到了聚苯胺复合薄膜，加热温度为50℃；
聚苯胺复合薄膜冷拉伸处理
将聚苯胺复合薄膜分别裁剪成10×10×70的拉伸测试试样；
在室温条件下采用拉伸夹具夹持住裁剪好的矩形聚苯胺薄膜，在将夹持有矩形聚苯胺薄膜的拉伸夹具置于电子万能试验机上，对矩形聚苯胺薄膜进行弹性拉伸，电子万能试验机的横梁运行速度为1mm/分钟，弹性拉伸力为2.5N；拉伸结束后得到经拉伸处理的聚苯胺复合薄膜；
3、冷拉伸处理后薄膜的酸掺杂
将经冷拉伸处理后的薄膜浸泡于浓度为6M的β-萘磺酸溶液中，放置1分钟后取出，在空气中自然干燥后就得到电导率增强的导电聚苯胺复合薄膜了。经测试该冷拉伸处理后的导电聚苯胺复合薄膜的室温电导率可以提高9倍。
实施例5、
1、聚苯胺复合薄膜的制备；
将购买的聚苯胺粉末加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，均匀搅拌后得到黑色的聚苯胺饱和溶液；
2、将2.5g/L碳纳米管采用超声均匀分散在聚苯胺饱和溶液中，将上述混合溶液逐滴滴加在清洗干净的载波片上，其滴加量为0.07mL/cm2(即每平方厘米载波片滴加0.07mL混合溶液)，然后用烘箱对载波片进行加热干燥即得到了聚苯胺复合薄膜，加热温度为70℃；
聚苯胺复合薄膜冷拉伸处理
将聚苯胺复合薄膜分别裁剪成10×10×70的拉伸测试试样；
在室温条件下采用拉伸夹具夹持住裁剪好的矩形聚苯胺薄膜，在将夹持有矩形聚苯胺薄膜的拉伸夹具置于电子万能试验机上，对矩形聚苯胺薄膜进行弹性拉伸，电子万能试验机的横梁运行速度为1mm/分钟，弹性拉伸力为5N；拉伸结束后得到经拉伸处理的聚苯胺复合薄膜；
3、冷拉伸处理后薄膜的酸掺杂
将经冷拉伸处理后的薄膜浸泡于浓度为5M的樟脑磺酸溶液中，放置1分钟后取出，在空气中自然干燥后就得到电导率增强的导电聚苯胺复合薄膜了。经测试该冷拉伸处理后的导电聚苯胺复合薄膜的室温电导率可以提高15倍。
实施例6、
1、聚苯胺复合薄膜的制备；
将购买的聚苯胺粉末加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，均匀搅拌后得到黑色的聚苯胺饱和溶液；
2、将5g/L Fe3O4采用超声均匀分散在聚苯胺饱和溶液中，将上述混合溶液逐滴滴加在清洗干净的载波片上，其滴加量为0.125mL/cm2(即每平方厘米载波片滴加0.125mL混合溶液)，然后用烘箱对载波片进行加热干燥即得到了聚苯胺复合薄膜，加热温度为85℃；
聚苯胺复合薄膜冷拉伸处理
将聚苯胺复合薄膜分别裁剪成10×10×70的拉伸测试试样；
在室温条件下采用拉伸夹具夹持住裁剪好的矩形聚苯胺薄膜，在将夹持有矩形聚苯胺薄膜的拉伸夹具置于电子万能试验机上，对矩形聚苯胺薄膜进行弹性拉伸，电子万能试验机的横梁运行速度为1mm/分钟，弹性拉伸力为5.5N；拉伸结束后得到经拉伸处理的聚苯胺复合薄膜；
3、冷拉伸处理后薄膜的酸掺杂
将经冷拉伸处理后的薄膜浸泡于浓度为10M的盐酸溶液中，放置1分钟后取出，在空气中自然干燥后就得到电导率增强的导电聚苯胺复合薄膜了。经测试该冷拉伸处理后的导电聚苯胺复合薄膜的室温电导率可以提高13倍。
上述实施例使用的电子万能试验机的型号为Instron 5882。
Claims (3)
1.一种通过冷拉伸提高聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜电导率的方法，其特征是：首先将聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜裁剪成矩形；之后在室温条件下采用电子万能试验机对矩形聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜进行弹性拉伸；再将经冷拉伸的聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜浸泡在酸性溶液中进行掺杂反应，得到电导率提高的聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜；
所述对矩形聚苯胺薄膜或矩形聚苯胺复合薄膜进行弹性拉伸的步骤如下：
在室温条件下采用拉伸夹具夹持住裁剪好的矩形聚苯胺薄膜或矩形聚苯胺复合薄膜，将拉伸夹具装于电子万能试验机对所述薄膜进行弹性拉伸；拉伸过程中电子万能试验机的横梁运行速度为1mm/分钟，弹性拉伸力为1～9N；拉伸结束后得到经拉伸的聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜；
所述的掺杂反应为：
将经冷拉伸处理后的聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜浸泡于酸性溶液中1分钟，取出并置于空气中自然干燥，得到电导率增强的聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜；
所述酸性溶液为盐酸、硫酸、磷酸、β-萘磺酸或樟脑磺酸；
所述酸性溶液的浓度为5～10M。
2.按权利要求1所述的通过冷拉伸提高聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜电导率的方法，其特征在于，所述聚苯胺薄膜的制备步骤如下；
1）将聚苯胺粉末加入到N-甲基吡咯烷酮中，均匀搅拌充分溶解，得到黑色的聚苯胺饱和溶液；
2）将得到的聚苯胺饱和溶液逐滴滴加在清洗干净的载玻片上，然后用烘箱对载玻片进行加热干燥，得到聚苯胺薄膜；
所述加热干燥温度为50～85℃；
所述聚苯胺饱和溶液滴加量为每平方厘米载玻片滴加0.025～0.125mL聚苯胺饱和溶液。
3.按权利要求1所述的通过冷拉伸提高聚苯胺薄膜或聚苯胺复合薄膜电导率的方法，其特征在于，所述聚苯胺复合薄膜的制备步骤如下；
1）将聚苯胺粉末加入到N-甲基吡咯烷酮中，均匀搅拌充分溶解，得到黑色的聚苯胺饱和溶液；
2）在上述聚苯胺饱和溶液中加入添加物得到混合溶液，之后再将混合溶液逐滴滴加在清洗干净的载玻片上，然后用烘箱对载玻片进行加热干燥，得到聚苯胺复合薄膜；所述添加物与聚苯胺饱和溶液的体积比为1～5g/L；
所述加热干燥温度为50～85℃；
所述添加物为聚吡咯、碳纳米管或磁性Fe3O4颗粒；
所述混合溶液的滴加量为每平方厘米载玻片滴加0.025～0.125mL混合溶液。
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