CN113832730A - 一种在织物上光照制备图案化聚苯胺纤维导电阵列的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在织物上光照制备图案化聚苯胺纤维导电阵列的方法，是用紫外光照辅助一步法直接在柔性基底实现了高质量聚苯胺纳米纤维的制备，并利用光照引发聚合的优势，借助光掩膜实现了聚苯胺纤维在柔性基底的选区生长，从而得到了图案化的聚苯胺纤维导电阵列。这种方法为导电高分子的微加工提供新的思路，同时为基于导电高分子的柔性器件构筑开辟了新的路径。
Description
技术领域
本发明涉及聚苯胺纳米纤维制备技术领域，具体涉及一种在织物上制备图案化聚苯胺纤维导电阵列的方法。
背景技术
近年来，基于导电高分子的柔性可穿戴器件越发引起人们的关注。研究发现，将导电高分子加工为特定的微纳米结构，不仅可以提高其应用性能，而且还有可能产生宏观材料没有的新性能。因此，微/纳结构化的导电高分子的制备与应用也成为纳米材料领域的研究热点之一。其中，聚苯胺纳米纤维是最为常见，应用领域最为广泛的一类导电高分子微/纳米结构。目前，聚苯胺纳米纤维的制备大都在溶液相中生成。获得实用价值的聚苯胺纤维，需要经过洗涤、过滤、干燥等繁琐步骤。开发新的聚苯胺纤维的制备技术和合成方法，尤其直接在柔性基底上一步法制备聚苯胺纤维，不但可以避免上述步骤，还可以直接将其用作柔性器件。然而，相关技术鲜有报道。光照诱导聚合是目前聚合物制备的常用技术手段，聚苯胺及其复合材料可以通过光照制备。但利用光照实现聚苯胺纳米纤维在柔性基底的选区生长，构筑图案化的聚苯胺导电阵列的技术未见报道，这一技术为解决导电高分子的加工难题和基于导电高分子的微型化、集成化的电极制备提供新的思路。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种在柔性基底上光照制备聚苯胺纳米纤维组成的图案化导电阵列的方法。本发明利用紫外光照诱导聚合的方式在柔性织物基底一步法直接生长聚苯胺纳米纤维，并结合选区曝光处理实现聚苯胺纤维在基底的选择性生长，进而得到图案化的聚苯胺导电阵列。
进一步的，本发明在柔性基底上光照制备聚苯胺纳米纤维组成的图案化导电阵列的方法，操作步骤如下：
将苯胺单体和硝酸银依次溶于硝酸溶液中制备混合反应溶液；将柔性固体基底浸泡于反应溶液中，待反应液完全浸湿固体基底后取出置于玻璃培养皿上，并在波长365nm的紫外灯下照射，控制紫外曝光时间为8min-12min，即可在柔性基底上生长出聚苯胺纳米纤维；在固体基底上面加盖光掩膜，控制聚苯胺纤维在固体基底上生长的位置，最后在固体基底得到图案化的聚苯胺纳米纤维导电阵列。
优选的，控制紫外曝光时间为10min。
优选的，所述固体基底为纸或织物。
进一步的，在柔性基底上光照制备聚苯胺纳米纤维组成的图案化导电阵列的方法，尤其是在柔性基底上光照制备聚苯胺纳米纤维以及选择性地精确控制聚苯胺纤维的生长位置以构筑图案化的导电阵列；步骤如下：
(1)将苯胺单体溶于硝酸溶液中配制含0.5-1M苯胺单体的混合溶液，然后称取硝酸银溶于混合溶液，配制含0.5-2M硝酸银的混合反应液；
优选的，所述硝酸溶液的浓度为1-3M，优选为2M；所述苯胺单体混合溶液中苯胺单体的浓度优选为0.5M；混合溶液中硝酸银的浓度为1M。
(2)将固体基底浸泡于步骤(1)的混合反应液中使反应液完全浸湿固体基底，然后将固体基底取出，展开置于玻璃培养皿上；
(3)将步骤(2)中浸泡有混合反应液的固体基底连同玻璃皿置于主波长为365nm的高压汞灯下照射8-12min，固体基底上即可聚合生长出聚苯胺纳米纤维。
进一步的，所述步骤(3)中浸泡有混合反应液的固体基底上面加盖光掩膜，控制聚苯胺纤维在固体基底上生长的位置，然后将固体基底连同玻璃皿置于主波长为365nm的高压汞灯下照射8-12min，固体基底上即可得到图案化聚苯胺导电阵列。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明的方法具有简便的操作性，较强的普适性，可实现聚苯胺纳米纤维在柔性基底上的大规模、精确构筑和图案化聚苯胺导电阵列的可控制备。此方法可以推广至其他基底(如水凝胶)以及其他功能高分子(如聚吡咯)图案的制备。上述制备的柔性图案化聚苯胺纤维导电阵列有望在柔性微电子学、传感器以及储能器件等领域发挥重要作用。本发明涉及到的利用光照制备聚苯胺纳米纤维及其图案化阵列的方法，为导电高分子微纳结构的可控制备提供了新的思路。
附图说明
图1为本发明实施例1中经紫外光照射后在织物上得到的聚苯胺纳米纤维的扫描电子显微镜图片；
图2为本发明实施例2通过加盖光掩膜选区曝光得到的聚苯胺纤维构成图案的数码照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：一种在柔性基底上光照制备聚苯胺纳米纤维组成的图案化导电阵列的方法
步骤如下：
(1)将苯胺单体溶于2M硝酸溶液配制0.5M苯胺单体的混合溶液，随后称取硝酸银固体颗粒逐渐溶解在混合溶液中，配制含1M硝酸银的混合反应液，注意将反应液避光保存；
(2)裁剪5cm*5cm的聚氨酯白色织物，将其浸泡于上述混合反应液，待反应液完全浸湿织物后取出，展平置于玻璃培养皿上；
(3)将步骤(2)得到的浸泡混合反应液的织物立即置于波长365nm的高压汞灯下照射10min，即可在织物上生长出聚苯胺纳米纤维，其扫描电子显微镜图片如图1所示，可以看出聚苯胺纤维直径约为100nm，尺寸分布较为均匀，进而得到柔性可穿戴导电织物；
(4)重复步骤(2)和步骤(3)可增加织物上聚苯胺纤维的含量和试样的导电性。
实施例2：选区曝光制备图案化聚苯胺纤维导电阵列的方法
包括以下步骤：
(1)将苯胺单体溶于3M硝酸溶液配制1M苯胺单体的混合溶液，随后称取硝酸银固体颗粒逐渐溶解在混合溶液中，配制含2M硝酸银的混合反应液，注意将反应液避光保存；
(2)裁剪5cm*5cm的聚氨酯白色织物，将其浸泡于上述混合反应液，待反应液完全浸湿织物后取出，展平置于玻璃培养皿上；
(3)将步骤(2)得到浸泡反应液的织物展平后在上面加盖可循环标志的光掩膜，将其一同置于365nm的高压汞灯下照射11min，即可得到可循环标志的聚苯胺图案，其数码照片如图2所示。
综上，本发明方法主要是通过光照在柔性基底(如织物和纸基)直接生长导电聚苯胺纳米纤维，并借助选区曝光实现聚苯胺纤维的选择性生长，进而制备图案化的柔性导电阵列。紫外光中的光子诱导产生苯胺自由基阳离子，进而引发聚苯胺链初期的一维择优生长，生成纳米纤维状聚苯胺。而未受到光照的区域聚合反应不会发生，因此可以借助选区曝光很容易实现聚苯胺纤维可控制备，构筑不同的基于聚苯胺的导电图案阵列。
Claims (10)
1.一种在柔性基底上光照制备聚苯胺纳米纤维组成的图案化导电阵列的方法，其特征在于，步骤如下：
将苯胺单体和硝酸银依次溶于硝酸溶液中制备混合反应溶液；将柔性固体基底浸泡于反应溶液中，待反应液完全浸湿固体基底后取出置于玻璃培养皿上，并在波长365nm的紫外灯下照射，控制紫外曝光时间为8min-12min，即可在柔性基底上生长出聚苯胺纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在固体基底上面加盖光掩膜，控制聚苯胺纤维在固体基底上生长的位置，最后在固体基底得到图案化的聚苯胺纳米纤维导电阵列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制紫外曝光时间为10min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体基底为纸或织物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将苯胺单体溶于硝酸溶液中配制含0.5-1M苯胺单体的混合溶液，然后称取硝酸银溶于混合溶液，配制含0.5-2M硝酸银的混合反应液；
(2)将固体基底浸泡于步骤(1)的混合反应液中使反应液完全浸湿固体基底，然后将固体基底取出，展开置于玻璃培养皿上；
(3)将步骤(2)中浸泡有混合反应液的固体基底连同玻璃皿置于主波长为365nm的高压汞灯下照射8-12min，固体基底上即可聚合生长出聚苯胺纳米纤维。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中硝酸溶液的浓度为1-3M。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中硝酸溶液的浓度为2M。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中苯胺单体混合溶液中苯胺单体的浓度为0.5M。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中硝酸溶液的浓度为混合溶液中硝酸银的浓度为1M。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中浸泡有混合反应液的固体基底上面加盖光掩膜，控制聚苯胺纤维在固体基底上生长的位置，然后将固体基底连同玻璃皿置于主波长为365nm的高压汞灯下照射8-12min，固体基底上即可得到图案化聚苯胺导电阵列。
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