CN108641117A - 一种聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶及其制备方法，所述聚吡咯气凝胶是由聚吡咯纳米纤维缠绕、连接形成的多孔块体，具有轻质和高效的吸波性能。本发明还公开一种聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶的制备方法，所述制备方法工艺简单、成本低，无需复杂的合成设备，可以规模化大批量生产。

Description

一种聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及电磁波吸收材料技术领域，具体为一种聚吡咯纳米纤维构成的 吸波气凝胶及其制备方法。
背景技术
随着电子信息技术的飞速发展，电磁辐射及干扰问题已成为当前国防工程 和环境安全所面临的严峻问题，发展吸波材料是防护电磁辐射及其干扰的主要 途径之一。通常，吸波材料是通过把电磁辐射转化成为其它非辐射能耗散掉， 并能杜绝二次污染，是理想的选择。因此，吸波材料在军事领域和民用领域都 具备可观的应用前景。近年来，吸波材料逐渐向轻质、柔性、宽频带、强吸收 方向发展。
导电气凝胶是电活性分子自组装形成水凝胶或者有机凝胶，然后经干燥 除去溶剂而形成的一种三维网状结构材料，同时具有导电高分子的电性能和 干凝胶的多孔轻质特点。(L.Chen,B.S.Kim,M.Nishino,et al.Macromolecules, 2000,33,1232.)作为吸波材料，典型的代表是三维水热法制备块体轻质石墨 烯气凝胶，可以兼顾2～110GHz频率范围电磁波的高效吸收(Y.Zhang,Y. Huang,T.Zhang,et al.Adv.Mater.
2015，27,2049.)。然而，石墨烯提纯和功能化过程复杂，成本较高，规 模化难度大，这严重限制了石墨烯作为吸波材料的应用潜力。相比于石墨烯， 导电聚合物具有制备成本低、易规模化制备、电性能易调节等特点。
聚吡咯气凝胶充分结合了气凝胶和导电聚合物的各自特点，并展现了惊 人的吸波性能。例如，利用溶剂造孔法制备的导电聚吡咯轻质气凝胶具备优 异的吸波性能，在2.5mm时，低于-10dB(吸收90％的电磁波)的吸收频带 宽度可达6.2GHz。(A.Xie,F.Wu,M.Sun,et al.Appl.Phys.Lett.2015，106，222902.)少量石墨烯修饰可显著提升聚吡咯气凝胶吸波强度和有效吸波频宽。 (F.Wu,A.Xie,M.Sun,et al，J.Mater.Chem.A,2015,3,14358)然而，上述聚 吡咯气凝胶微观结构极不规整，导致连接缺陷，形成大量导电断路，不利于 形成较完善的导电网络。因此，若能采用方法提供聚吡咯的微观结构规则化， 则势必能改善聚吡咯的导电网络，获得高柔韧度、轻质的高效导电聚合物气 凝胶吸波材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶及其制备 方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚吡咯纳米纤维构成 的吸波气凝胶,所述的聚吡咯气凝胶是由聚吡咯纳米纤维缠绕、连接形成的多 孔块体。
优选的，其制备方法包括以下步骤：
A、合成两亲分子作为诱导试剂；
B、向18cm*18cm的玻璃容器中加入乙醇/混合溶剂，加入步骤A制备 的诱导试剂和吡咯单体，充分溶解后加入氧化剂，快速搅拌30秒，静置24 小时，取出块体聚吡咯凝胶依次用大量水、乙醇浸泡洗，然后真空干燥，得 到聚吡咯气凝胶样品。
优选的，所述诱导分子与吡咯单体的摩尔比为1:1-1:100。
优选的，所述氧化剂由氯化铁、硝酸铁、过硫酸铵组成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备方法工艺简单、成 本低，无需复杂的合成设备，可以规模化大批量生产。
附图说明
图1为本发明所述两亲分子的分子结构式；
图2为本发明所述聚吡咯气凝胶的扫描电镜图；
图3为本发明所述聚吡咯气凝胶的透射电镜图；
图4本发明所述聚吡咯气凝胶的红外光谱图；
图5为本发明实施例1制得的样品1的反射损耗图谱；
图6为本发明实施例2制得的样品2的反射损耗图谱；
图7为本发明实施例3制得的样品3的反射损耗图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供如下技术方案：一种聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶,所述 的聚吡咯气凝胶是由聚吡咯纳米纤维缠绕、连接形成的多孔块体。
实施例1
本发明聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶样品1的制备方法，包括以下 步骤：
A、合成两亲分子作为诱导试剂，所述两亲分子的分子结构式如图1，其 中，R1＝十六烷基，R2＝H。
B、向18cm*18cm的玻璃容器中加入300毫升乙醇/混合溶剂(体积比 1:1)，加入步骤1制备的诱导试剂(67毫克)和吡咯单体(6.7克)，充分溶 解后加入硝酸铁(24.2克)，快速搅拌30秒，静置24小时，然后取出块体聚 吡咯凝胶依次用大量水、乙醇浸泡洗，然后真空干燥，得到聚吡咯气凝胶， 记为样品1。样品1的厚度为0.5cm。
实施例2
本发明聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶样品2的制备方法，包括以下 步骤：
步骤1，合成两亲分子作为诱导试剂，所述两亲分子的分子结构式如图1， 其中，R1＝十四烷基，R2＝氨基四唑。
步骤2，向18cm*18cm的玻璃容器中加入600毫升乙醇/混合溶剂(体 积比1:1)，加入步骤1制备的诱导试剂(134毫克)和吡咯单体(13.4克)， 充分溶解后加入硝酸铁(48.4克)，快速搅拌30秒，静置24小时，然后取出 块体聚吡咯凝胶依次用大量水、乙醇浸泡洗，然后真空干燥，得到聚吡咯气 凝胶，记为样品2,。样品2的厚度为1cm。
实施例3
本发明聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶样品2的制备方法，包括以下 步骤：
步骤1，合成两亲分子作为诱导试剂，所述两亲分子的分子结构式如图1， 其中，R1＝十八烷基，R2＝H。
步骤2，向18cm*18cm的玻璃容器中加入1.2升乙醇/混合溶剂(体积 比1:1)，加入步骤1制备的诱导试剂(0.27克)和吡咯单体(27克)，充分 溶解后加入硝酸铁(97克)，快速搅拌30秒，静置48小时，然后取出块体聚 吡咯凝胶依次用大量水、乙醇浸泡洗，然后真空干燥，得到聚吡咯气凝胶， 记为样品3,。样品3的厚度为2cm。
图2为本发明所述聚吡咯气凝胶的扫描电镜图，可以看出，所述聚吡咯 气凝胶在微观上是由聚吡咯纳米纤维缠绕、连接构成的多孔材料。
图3为本发明所述聚吡咯气凝胶的透射电镜图，可以看出，聚吡咯纳米 纤维是中空的纳米管。
图4本发明所述聚吡咯气凝胶的红外光谱图，确定了所述气凝胶的主成 分是聚吡咯。
图5为本发明实施例1制得的样品1的反射损耗图谱，可以看出，样品1 表现出了优异的吸波性能。在厚度为0.5cm时，最佳反射损耗可达-50dB， 低于-10dB的吸收频率范围超过6GHz，主要集中在X波段和Ku波段。
图6为本发明实施例2制得的样品2的反射损耗图谱，可以看出，更换 诱导试剂和提高样品厚度时，样品2的最佳吸收频带向低频移动。在厚度为 1cm时，最佳反射损耗可达-35dB，全覆盖X-波段。
图7为本发明实施例3制得的样品3的反射损耗图谱，可以看出，样品 厚度继续增加导致最佳吸收频带进一步向低频移动，。在厚度为2cm时，最 佳反射损耗可达-30dB，集中在频率范围为6-9GHz的电磁波。
本发明利用利用两亲分子在溶剂中自组装形成的聚集体为软膜板导向合 成聚吡咯纳米纤维。同时，利用溶剂造孔法使上述聚吡咯纳米纤维定向组装， 形成凝胶网络。这样制备的聚吡咯气凝胶既具有类似海绵的多孔轻质特性， 又拥有优异的宽频吸波特性。本发明制备方法工艺简单，成本低，适于工业 化生产。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。

Claims (4)

1.一种聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶,其特征在于：所述的聚吡咯气凝胶是由聚吡咯纳米纤维缠绕、连接形成的多孔块体。
2.实现权利要求1所述的一种聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶的制备方法，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
A、合成两亲分子作为诱导试剂；
B、向18cm*18cm的玻璃容器中加入乙醇/混合溶剂，加入步骤A制备的诱导试剂和吡咯单体，充分溶解后加入氧化剂，快速搅拌30秒，静置24小时，取出块体聚吡咯凝胶依次用大量水、乙醇浸泡洗，然后真空干燥，得到聚吡咯气凝胶样品。
3.根据权利要求2所述的一种聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶的制备方法，其特征在于：所述诱导分子与吡咯单体的摩尔比为1:1-1:100。
4.根据权利要求2所述的一种聚吡咯纳米纤维构成的吸波气凝胶的制备方法，其特征在于：所述氧化剂由氯化铁、硝酸铁、过硫酸铵组成。
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