CN106633733A - 一种富勒烯方形片晶/聚合物复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在聚合物成膜过程中使富勒烯组装为方形片晶的方法，该方法同时可实现富勒烯片晶与聚合物的原位复合。将适量聚合物溶于溶剂中制成一定浓度的溶液，将富勒烯溶于适量另一溶剂中得到一定浓度的溶液，将聚合物溶液与富勒烯溶液按照适当的比例均匀混合，在一定的相对湿度、温度、真空度和溶剂挥发速度等实验条件下、在混合溶液的溶剂挥发干燥后可得到富勒烯方形片晶/聚合物的复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及富勒烯类碳纳米材料应用领域，特别是富勒烯方形片晶/聚合物复合材料的制备方法。
背景技术
本发明所用的富勒烯是一种碳元素的新的同分异构体，目前常见的富勒烯材料包括C60、C60的衍生物如[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)、C70和C70的衍生物如[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)等。富勒烯独特的结构使之有一些独特的性能，比如C60具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，有非线性光学效应，掺杂碱金属后有超导性，毒性低且能抑制细菌增殖并使HIV病毒失活，还可进行卤化、氯化、加成等多种化学反应，在高温、高压下或紫外光、γ-射线辐照下可以聚合。独特的性能使C60在光电、超导体、非线性光学材料、医药治疗、显示器、传感器、光伏材料和微反应器等诸多领域有很大的应用前景。
富勒烯的独特结构和性能引起了科学家对其进行高维超分子结构设计的极大兴趣。例如利用液-液界面沉淀等方法使C60组装为晶须、纳米棒、纳米管、微米管和纳米线等一维结构，研究表明C60纳米晶须和纳米管等可被用作场效应晶体管、合成模板、光学器件、微机电系统部件和催化剂载体等。利用液-液界面法也可使C60组装为六边形、菱形等二维结构。
将C60等富勒烯材料与聚合物复合可以赋予聚合物材料新的性能，这对于开发新型有机功能材料具有重要理论和实际意义。研究表明，C60和其衍生物PC61BM是一种很好的电子受体，且受到光的激发后C60接受电子的能力更强，能快速实现电荷分离并有效抑制电荷复合，因此C60和PC61BM作为电子受体与聚噻吩、聚3-烷基噻吩(P3AT)、聚对苯撑乙炔(PPV)及其衍生物聚2-甲氧基-5-(2-已基己氧基)-1，4-对苯撑乙炔(MEH-PPV)等半导体聚合物复合可以提高光伏器件的电荷分离和能量转换效率，同时C60和PC61BM等富勒烯也会影响聚乳酸等聚合物的热稳定性、玻璃化转变温度和结晶性能等其他物理性能。
但是，在迄今为止有关C60等富勒烯材料研究的文献中，尚未见到将富勒烯二维方形片晶与聚合物结合制备复合材料的研究报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种富勒烯方形片晶/聚合物复合材料的制备方法。
本发明的目的是通过如下原理实现的：将适量聚合物(如左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)、消旋聚乳酸(PDLLA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚3-丁基噻吩(P3BT)、聚3-己基噻吩(P3HT)、聚3-辛基噻吩(P3OT))、聚对苯撑乙炔(PPV)及聚2-甲氧基-5-(2-已基己氧基)-1,4-对苯撑乙炔(MEH-PPV)等)溶于溶剂(如二氯甲烷、三氯甲烷、或二氯甲烷与三氯甲烷的混合溶剂)中制成一定浓度的溶液，通过超声波分散等手段将富勒烯溶于适量溶剂(如四氯化碳、氯苯、二氯苯、三氯苯、或两种及两种以上这些溶剂的混合溶剂)得到一定浓度的溶液，将聚合物溶液与富勒烯溶液按照适当的比例混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，控制相对湿度、温度、真空度和溶剂挥发速度等实验条件、在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到富勒烯方形片晶/聚合物的复合材料。
本发明所用方法的特征在于所用的富勒烯材料包括C60、C60的衍生物如[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)、C70、C70的衍生物如[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)，也包括两种或两种以上这些富勒烯材料的混合物。
本发明所用方法的特征在于富勒烯方形片晶/聚合物复合材料制备过程中的相对湿度为0-100％RH、温度为10-70℃、真空度为133Pa-1atm、溶剂挥发速度为0.0001-0.1ml/s。
本发明所用方法的特征在于聚合物的结构与性能、聚合物溶液与富勒烯溶液的混合比例、富勒烯的浓度、溶剂挥发速度和温度等都会影响聚合物中富勒烯方形片晶的数量和尺寸。
本发明所用的方法在聚合物成膜过程中实现了富勒烯方形片晶的制备及其聚合物的原位复合，更有利于提高复合材料的综合物理性能和特殊功能，该制备方法具有简单易行的特点。
具体实施方式
本发明通过下列实施例来说明本发明的特征，但本发明的保护范围并非限于下列实施例。
实施例1
将0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.003gC60溶于4ml四氯化碳中制成溶液，将PLLA溶液与C60溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为60％RH、温度为23℃、溶剂挥发速度为0.04ml/min的条件下，在混合溶液中的溶剂完全挥发后可得到C60方形片晶/PLLA的复合材料。
实施例2
将0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.002gC60溶于4ml四氯化碳中制成溶液，将PLLA溶液与C60溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为60％RH、温度为23℃、溶剂挥发速度为0.04ml/min的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到C60方形片晶/PLLA的复合材料。
实施例3
将0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.002gC60溶于4ml四氯化碳中制成溶液，将P3HT溶液与C60溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为60％RH、温度为23℃、溶剂挥发速度为0.04ml/min的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到C60方形片晶/P3HT的复合材料。
实施例4
将0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.002gPC61BM溶于4ml四氯化碳中制成溶液，将P3HT溶液与PC61BM溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为60％RH、温度为23℃、溶剂挥发速度为0.04ml/min的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到富勒烯方形片晶/P3HT的复合材料。
实施例5
将0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.003gC60溶于4ml四氯化碳与1ml氯仿的混合溶剂中制成溶液，将PLLA溶液与C60溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为60％RH、温度为23℃、溶剂挥发速度为0.03ml/min的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到C60方形片晶/PLLA的复合材料。
实施例6
将0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.002gPC61BM溶于4ml四氯化碳与0.5ml氯仿的混合溶剂中制成溶液，将P3HT溶液与PC61BM溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为60％RH、温度为23℃、溶剂挥发速度为0.04ml/min的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到富勒烯方形片晶/P3HT的复合材料。
实施例7
将0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.002gPC61BM溶于4ml四氯化碳与0.5ml氯仿的混合溶剂中制成溶液，将P3HT溶液与PC61BM溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为60％RH、温度为23℃、溶剂挥发速度为0.04ml/min的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到富勒烯方形片晶/P3HT的复合材料。
实施例8
将0.2g聚3-丁基噻吩(P3BT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.002gPC61BM溶于4ml四氯化碳中制成溶液，将P3HT溶液与PC61BM溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为65％RH、温度为23℃、溶剂挥发速度为0.05ml/min的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到富勒烯方形片晶/P3BT的复合材料。
实施例9
将0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.002gC70溶于4ml四氯化碳中制成溶液，将P3HT溶液与C70溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为60％RH、温度为23℃、溶剂挥发速度为0.04ml/min的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到C70方形片晶/P3HT的复合材料。
实施例10
将0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.002gPC71BM溶于3ml 四氯化碳中制成溶液，将P3HT溶液与PC71BM溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为60％RH、温度为23℃、溶剂挥发速度为0.04ml/min的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到富勒烯方形片晶/P3HT的复合材料。
实施例11
将0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.003gC60溶于4ml四氯化碳与1ml氯苯的混合溶剂中制成溶液，将PLLA溶液与C60溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为40％RH、温度为30℃、真空度为133Pa的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到C60方形片晶/PLLA的复合材料。
实施例12
将0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿和2ml二氯甲烷的混合溶剂中制成溶液，通过超声波分散将0.003g C60溶于4ml四氯化碳与1ml氯苯的混合溶剂中制成溶液，将PLLA溶液与C60溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为40％RH、温度为30℃、真空度为133Pa的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到C60方形片晶/PLLA的复合材料。
实施例13
将0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿和2ml二氯甲烷的混合溶剂中制成溶液，通过超声波分散将0.003g C60溶于4ml四氯化碳与1ml间二氯苯的混合溶剂中制成溶液，将PLLA溶液与C60溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在相对湿度为30％RH、温度为30℃、真空度为133Pa的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到C60方形片晶/PLLA的复合材料。
实施例14
将0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿中制成溶液，通过超声波分散将0.001gC60和0.002g PC61BM的混合物溶于4ml四氯化碳中制成溶液，将PLLA溶液与富勒烯溶液混合，再通过超声波分散使两种溶液混合均匀，在常压、相对湿度为40％RH和温度为30℃的条件下，在混合溶液的溶剂完全挥发后可得到C60方形片晶/PLLA的复合材料。
Claims (2)
1.一种制备富勒烯方形片晶/聚合物复合材料的方法,其特征在于将聚合物溶于溶剂中制成一定浓度的溶液，通过超声波分散使富勒烯溶于其他溶剂得到溶液，再通过超声波分散将聚合物溶液与富勒烯溶液均匀混合，在相对湿度为0-100％RH、温度为10-70℃、真空度为0.001-1atm、溶剂挥发速度0.0001-0.1ml/s的实验条件下在聚合物与富勒烯混合溶液的溶剂完全挥发后可得到富勒烯方形片晶/聚合物的复合材料,其中所用的聚合物为左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)、消旋聚乳酸(PDLLA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚3-丁基噻吩(P3BT)、聚3-己基噻吩(P3HT)、聚3-辛基噻吩(P3OT))、聚对苯撑乙炔(PPV)及聚2-甲氧基-5-(2-已基己氧基)-1,4-对苯撑乙炔(MEH-PPV)；溶解聚合物所用的溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、或二氯甲烷与三氯甲烷的混合溶剂；溶解富勒烯所用的溶剂为四氯化碳、氯苯、二氯苯、三氯苯、或这些溶剂的混合溶剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用的富勒烯材料包括纯C60、C60的衍生物、纯C70和C70的衍生物，也包括两种或两种以上这些富勒烯材料的混合物。
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