CN1880526A - 超疏水导电高分子纳米纤维及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超疏水导电高分子纳米纤维，其为具有核壳结构的同轴纳米纤维，“核”是直径80～300纳米的聚合物纤维，与之同轴的“壳”为80～200纳米厚导电高分子层、其由粒径20～40纳米导电高分子颗粒组成；所述的聚合物为聚丙烯腈、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚碳酸酯等；所述的导电高分子为聚苯胺、聚噻吩、或聚吡咯。该超疏水导电高分子纳米纤维是利用了静电纺丝和原位化学氧化聚合方法制备的，其具有pH值响应的超疏水与超亲水可逆转化的特性。可用于智能微流体开关、可控的分离技术、可控的药物释放、可快速切换的隐身技术、电磁屏蔽、抗静电、传感器等。
Description
技术领域
本发明属于功能材料领域，具体地说是涉及一种超疏水导电高分子纳米纤维，其具有对pH值响应的超疏水与超亲水性快速可逆转化的特性，以及利用静电纺丝和原位化学氧化聚合技术的、可规模化生产的该超疏水导电高分子纳米纤维的制备方法，及其用途。
背景技术
导电高分子特殊的结构和优异的物理化学性能使它成为材料科学研究的热点，作为不可替代的新兴功能材料之一，导电高分子在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件，以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术上有着广泛、诱人的应用前景。但是由于分子间的强烈作用和离域电子结构导致分子链刚性大，使导电高分子几乎不溶于任何溶剂，加热直至分解仍不熔融，综合力学性能较差，使其难以用传统成型的加工方法，严重妨碍了导电高分子在各个领域的大规模推广应用。因此，如何将导电高分子直接纺制成为导电纤维成为当前材料学界研究的主要目标之一。
随着研究材料尺寸的减小，材料的表面与界面性质变得非常重要，尤其是表面浸润性。浸润性的调节和控制在微流体、生物医药、基因分离等领域具有重要的应用价值而引起了普遍关注。目前，可采用外加诱导，如温度、光、电场等诱导实现表面浸润性的调节与控制。中国发明专利CN 1569933A中公开了一种温度响应的聚合物薄膜，它是在具有足够粗糙度的表面通过原子转移自由基表面引发聚合制得具有温度响应性高分子，该薄膜实现了超疏水与超亲水性的可逆转化。但是，其温度响应的可逆浸润性转化的时间比较长，而且其制备方法不适合于规模化制备。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的温度响应的聚合物薄膜，在实现超疏水与超亲水性的可逆转化时，对温度响应的可逆浸润性转化的时间比较长，且制备方法不适合于规模化制备的缺陷，从而提供一种具有pH值响应的超疏水与超亲水快速可逆转化、且制备方便的超疏水导电高分子纳米纤维。
本发明的另一个目的在于提供一种利用静电纺丝和原位化学氧化聚合技术的、可规模化制备上述导电高分子纳米纤维的方法。
本发明的再一个目的在于提供上述导电高分子纳米纤维的用途。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：
本发明提供一种超疏水导电高分子纳米纤维，其为具有核壳结构的同轴纳米纤维，所述的“核”是直径为80～300纳米的聚合物纤维，与之同轴的“壳”为80～200纳米厚导电高分子层、其由粒径为20～40纳米导电高分子颗粒组成。
所述的聚合物为聚丙烯腈、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚碳酸酯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、或聚氯乙烯。
所述的导电高分子为聚苯胺、聚噻吩、或聚吡咯。
该核壳结构的超疏水导电高分子纳米纤维具有对pH值响应的超疏水与超亲水性快速可逆转化的特性，在中性溶液表现超疏水性，在酸性溶液中表现出疏水性，在碱性溶液中表现出亲水特性。
本发明提供一种上述超疏水导电高分子纳米纤维的制备方法，其利用了静电纺丝和原位化学氧化聚合方法，具体包括如下步骤：
1)将聚合物溶于溶剂中，制成5～20wt％的聚合物溶液；
所述的聚合物为聚丙烯腈、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚碳酸酯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、或聚氯乙烯；
所述的溶剂为去离子水、乙醇、丙酮、三氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或醋酸；
2)将步骤1)制得的聚合物溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为8～20cm；开启高压电源，调节纺丝电压至10～26kV，聚合物电纺溶液从喷射装置喷出，并在喷丝口处形成Taylor锥，随后溶剂挥发，在接收装置上得到固化的直径为80～300纳米的聚合物纳米纤维；
所述现有的电纺装置包括高压直流电源、储液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30kV，储液装置垂直放置，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置为以形状各异的导电金属板、金属网、金属薄膜或导电玻璃作为导电收集器，或是在上述导电收集器上加载一不导电的接收器(例如玻璃片)。
3)将1～2mL导电高分子单体加入到50mL 1mol/L盐酸或硫酸中，充分搅拌混匀；将步骤2)中电纺得到的聚合物纳米纤维浸泡在该导电高分子单体的酸性溶液中；
所述的导电高分子单体为苯胺、噻吩、或吡咯；
4)将0.6～5克氧化剂溶解在50mL的1mol/L的盐酸或硫酸溶液中，缓慢滴加到步骤3)的体系中，均匀搅拌，使导电高分子单体在聚合物纳米纤维表面发生聚合反应，聚合1～24小时后，得到导电高分子纳米纤维；
所述的氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钠、三氯化铁、氧化锰、过氧化氢、重铬酸钾、或二氯化铜；
5)将步骤4)中得到的导电高分子纳米纤维用1mol/L碱性溶液脱掺杂，然后用1wt％含氟有机磺酸溶液掺杂该纤维，即可得到本发明的超疏水导电高分子纳米纤维；
所述的碱性溶液包括：氨水、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液；
所述的含氟有机磺酸包括：全氟辛磺酸、全氟乙基磺酸；
所述的含氟有机磺酸溶液中的溶剂包括：去离子水、三氯甲烷、乙醇。
本发明提供一种上述导电高分子纳米纤维的用途。该超疏水导电高分子纳米纤维具有pH值响应的超疏水与超亲水可逆的转化的特性，可用于智能微流体开关、可控的分离技术、可控的药物释放、可快速切换的隐身技术、电磁屏蔽、抗静电、抗腐蚀、传感器等。
本发明提供的超疏水导电高分子纳米纤维是具有核壳结构的同轴纳米纤维，其中“核”为直径约为80～300纳米的聚合物纳米纤维；“壳”为80～200纳米厚的导电高分子层，其由粒径为20～40纳米的导电高分子颗粒组成。该导电纤维与水的接触角高于150°，表现出超疏水性。同时该纳米纤维具有pH值响应的超疏水与超亲水可逆转化的特性。该导电高分子纳米纤维的形貌可通过电纺聚合物模板纤维控制，纤维的壳的厚度可通过聚合时间得到控制。
本发明以聚苯胺可逆的酸碱掺杂和脱掺杂特性为依据，利用静电纺丝和原位化学氧化聚合技术，制备了超疏水导电高分子纳米纤维，其具有pH值响应的超疏水与超亲水快速可逆转化的特性。其基本原理为：以有机聚合物溶液为原料，施加高压静电于聚合物溶液中，电纺得到聚合物纳米纤维。在酸性介质中，以上述聚合物纳米纤维为模板，利用化学氧化法，在电纺聚合物纤维表面进行原位聚合，得到导电的高分子纳米同轴纤维。用碱溶液脱掺杂得到绝缘态的导电高分子纳米纤维，然后用含氟有机磺酸再次掺杂该高分子纳米纤维，即可得到超疏水的导电高分子纳米纤维，该纤维具有pH值响应的超疏水与超亲水快速可逆转化的特性。
本发明的特点在于：
1)本发明提供的超疏水导电高分子纳米纤维具有核壳结构，其中核为聚合物纳米纤维，壳为导电高分子聚合物。
2)该超疏水导电高分子纳米纤维，具有对pH值响应的超疏水与超亲水可逆转化的特性，在中性中表现出超疏水、在酸性溶液中表现出疏水性、在碱性溶液中表现出超亲水特性。
3)可以得到具有快速的超疏水与超亲水可逆转化的特性的导电纳米纤维，其具有长期的稳定性和重复性。
4)该超疏水导电高分子纳米纤维的形貌可控，其中核的形貌通过电纺参数控，纤维的壳通过原位聚合时间进行控制。
5)本发明利用静电纺丝和原位聚合技术，巧妙的利用导电高分子可逆的酸碱掺杂和脱掺杂特性，制备了具有pH值响应的超疏水和超亲水可逆转化的浸润性。该方法装置简单、操作方便，成本低、适用性广。
附图说明
图1为实施例1制备的超疏水导电聚苯胺纳米纤维的扫描电镜照片。
图2为实施例1制备的超疏水导电聚苯胺纳米纤维的透射电镜照片。
图3为实施例1制备的超疏水导电聚苯胺纳米纤维的N元素的X-光电子能谱。
图4为水滴在实施例1制备的超疏水导电聚苯胺纳米纤维表面的静态接触角照片。
图5为实施例1制备的超疏水导电聚苯胺纳米纤维与pH为7中性溶液和pH为13的碱溶液循环测得的接触角。
图6为实施例1制备的超疏水导电聚苯胺纳米纤维与pH为1酸溶液和pH为13的碱溶液循环测得的接触角。
具体实施方式
实施例1、
1)将聚丙烯腈溶于N，N-二甲基甲酰胺中，制成8wt％的聚丙烯腈溶液。
2)将步骤1)中的聚丙烯腈溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为8cm；开启高压电源，调节纺丝电压至10kV，在接收装置上得到固化的平均直径为100纳米的聚丙烯腈纳米纤维。
所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30Kv，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置为一放置在铝铂上的长方形的载玻片。
3)将1mL苯胺加入到50mL 1mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌混匀；将步骤2)电纺得到的聚丙烯腈纳米纤维3g浸泡在该苯胺的盐酸溶液中；将0.6克过硫酸铵溶解在50mL的1mol/L的盐酸溶液中，缓慢滴加到该体系中，均匀搅拌，使苯胺在聚丙烯腈纳米纤维表面发生聚合反应，聚合1小时后，得到导电聚苯胺纳米纤维。
4)将步骤3)得到的导电聚苯胺纳米纤维用1mol/L氨水脱掺杂，然后用1wt％全氟辛磺酸掺杂该纤维，即可得到本发明的超疏水导电聚苯胺纳米纤维。
该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维的扫描电镜照片和透射电镜照片分别如图1和图2所示，可见该纳米纤维具有核壳结构，其中“核”是直径为80纳米的聚丙烯腈纳米纤维；与之同轴的是80纳米厚的导电聚苯胺“壳”，其是由粒径为30纳米导电聚苯胺颗粒组成。
该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维的N元素的X-光电子能谱如图3所示，可知该纤维外壳是掺杂态聚苯胺。
水滴在该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维表面的静态接触角照片如图4所示，水与该导电聚苯胺的接触角为162.1°，导电聚苯胺纳米纤维表现出超疏水特性。
该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维与在pH为的7中性溶液和pH为13的碱溶液循环测得的接触角如图5所示，表现出超疏水与超亲水可逆转化的特性。
该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维与在pH为的1的酸性溶液和pH为13的碱溶液循环测得的接触角如图6所示，表现出疏水与超亲水可逆转化的特性。
实施例2、
1)将聚环氧乙烯溶于三氯甲烷中，制成10wt％的聚环氧乙烯溶液。
2)将步骤1)中的聚环氧乙烯溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为10cm；开启高压电源，调节纺丝电压至20kV，在接收装置上得到固化的平均直径为140纳米的聚环氧乙烯纳米纤维。
所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30Kv，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置为一放置在铝铂上的长方形的载玻片。
3)将1mL苯胺加入到50mL 1mol/L的硫酸溶液中，充分搅拌混匀；将步骤2)电纺得到的聚环氧乙烯纳米纤维3g浸泡在该苯胺的硫酸溶液中；将3克三氯化铁溶解在50mL的1mol/L的硫酸溶液中，缓慢滴加到该体系中，均匀搅拌，使苯胺在聚环氧乙烯纳米纤维表面发生聚合反应，聚合4小时后，得到导电聚苯胺纳米纤维。
4)将步骤3)得到的导电聚苯胺纳米纤维用1mol/L氢氧化钠水溶液脱掺杂，然后用1wt％全氟辛磺酸溶液掺杂该纤维，即可得到本发明的超疏水导电聚苯胺纳米纤维。
该超疏水聚苯胺纳米纤维具有核壳结构，其中“核”是直径为140纳米的聚环氧乙烯纳米纤维；与之同轴的是100纳米厚的导电聚苯胺“壳”，其是由粒径为30纳米导电聚苯胺颗粒组成。
水滴在该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维表面的静态接触角为160.4°，表现出超疏水特性。
该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维与在pH为的7中性溶液和pH为13的碱溶液中表现出超疏水与超亲水可逆转化的特性。
该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维与在pH为的1的酸性溶液和pH为13的碱溶液中表现出疏水与超亲水可逆转化的特性。
实施例3、
1)将聚乙烯吡咯烷酮溶于乙醇中，制成12wt％的聚乙烯吡咯烷酮溶液。
2)将步骤1)中的聚环氧乙烯溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为12cm；开启高压电源，调节纺丝电压至18kV，在接收装置上得到固化的平均直径为160纳米的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维。
所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30Kv，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置为一放置在铝铂上的长方形的载玻片。
3)将2mL苯胺加入到50mL 1mol/L的硫酸溶液中，充分搅拌混匀；将步骤2)电纺得到的聚聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维3g浸泡在该苯胺的硫酸溶液中；将3克重铬酸钾溶解在50mL的1mol/L的硫酸溶液中，缓慢滴加到该体系中，均匀搅拌，使苯胺在聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维表面发生聚合反应，聚合8小时后，得到导电聚苯胺纳米纤维。
4)将步骤3)得到的导电聚苯胺纳米纤维用1mol/L氢氧化钠水溶液脱掺杂，然后用1wt％全氟辛磺酸溶液掺杂该纤维，即可得到本发明的超疏水导电聚苯胺纳米纤维。
该超疏水聚苯胺纳米纤维具有核壳结构，其中“核”是直径为160纳米的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维；与之同轴的是130纳米厚的导电聚苯胺“壳”，其是由粒径为30纳米导电聚苯胺颗粒组成。
水滴在该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维表面的静态接触角为163.5°，表现出超疏水特性。
该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维与在pH为的7中性溶液和pH为13的碱溶液中表现出超疏水与超亲水可逆转化的特性。
该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维与在pH为的1的酸性溶液和pH为13的碱溶液中表现出疏水与超亲水可逆转化的特性。
实施例4、
1)将聚甲基丙烯酸甲酯溶于丙酮中，制成15wt％的聚甲基丙烯酸甲酯溶液。
2)将步骤1)中的聚环氧乙烯溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为10cm；开启高压电源，调节纺丝电压至22kV，在接收装置上得到固化的平均直径为150纳米的聚甲基丙烯酸甲酯纳米纤维。
所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30Kv，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置为一放置在铝铂上的长方形的载玻片。
3)将2mL苯胺加入到50mL 1mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌混匀；将步骤2)电纺得到的聚甲基丙烯酸甲酯纳米纤维3g浸泡在该苯胺的盐酸溶液中；将4克过氧化氢溶解在50mL的1mol/L的盐酸溶液中，缓慢滴加到该体系中，均匀搅拌，使苯胺在聚甲基丙烯酸甲酯纳米纤维表面发生聚合反应，聚合9小时后，得到导电聚苯胺纳米纤维。
4)将步骤3)得到的导电聚苯胺纳米纤维用1mol/L氢氧化钠水溶液脱掺杂，然后用1wt％全氟辛磺酸溶液掺杂该纤维，即可得到本发明的超疏水导电聚苯胺纳米纤维。
该超疏水聚苯胺纳米纤维具有核壳结构，其中“核”是直径为150纳米的聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维；与之同轴的是140纳米厚的导电聚苯胺“壳”，其是由粒径为30纳米导电聚苯胺颗粒组成。
水滴在该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维表面的静态接触角为164.2°，表现出超疏水特性。
该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维与在pH为的7中性溶液和pH为13的碱溶液中表现出超疏水与超亲水可逆转化的特性。
该超疏水的导电聚苯胺纳米纤维与在pH为的1的酸性溶液和pH为13的碱溶液中表现出疏水与超亲水可逆转化的特性。
实施例5、
1)将聚乙烯醇溶于去离子水中，制成10wt％聚乙烯醇的溶液。
2)将步骤1)中的聚乙烯醇溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为20cm；开启高压电源，调节纺丝电压至26kV，在接收装置上得到固化的平均直径为130纳米的聚乙烯醇纳米纤维。
所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30Kv，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置为一导电玻璃。
3)将1mL吡咯加入到50mL 1mol/L的硫酸溶液中，充分搅拌混匀；将步骤2)电纺得到的聚乙烯醇纳米纤维4g浸泡在该吡咯的盐酸溶液中；将5克重铬酸钾溶解在50mL的1mol/L的硫酸溶液中，缓慢滴加到该体系中，均匀搅拌，使吡咯在聚乙烯醇纳米纤维表面发生聚合反应，聚合8小时后，得到导电聚吡咯纳米纤维。
4)将步骤3)得到的导电聚吡咯纳米纤维用1mol/L氢氧化钠水溶液脱掺杂，然后用1wt％全氟乙基磺酸溶液掺杂该纤维，即可得到本发明的超疏水导电聚吡咯纳米纤维。
该超疏水导电聚吡咯纳米纤维具有核壳结构，其中“核”是直径为130纳米的聚乙烯醇纳米纤维；与之同轴的是120纳米厚的导电吡咯“壳”，其是由粒径为30纳米导电聚吡咯颗粒组成。
水滴在该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维表面的静态接触角为157.8°，表现出超疏水特性。
该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维与在pH为的7中性溶液和pH为13的碱溶液中表现出超疏水与超亲水可逆转化的特性。
该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维与在pH为的1的酸性溶液和pH为13的碱溶液中表现出疏水与超亲水可逆转化的特性。
实施例6、
1)将醋酸纤维素溶乙醇溶液中，制成15wt％的醋酸纤维素溶液。
2)将步骤1)中的醋酸纤维素溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为10cm；开启高压电源，调节纺丝电压至20kV，在接收装置上得到固化的平均直径为200纳米的醋酸纤维素纳米纤维。
所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30Kv，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置一导电玻璃。
3)将2mL吡咯加入到50mL 1mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌混匀；将步骤2)电纺得到的醋酸纤维素纳米纤维4g浸泡在该吡咯的盐酸溶液中；将5克二氧化锰溶解在50mL的1mol/L的盐酸溶液中，缓慢滴加到该体系中，均匀搅拌，使吡咯在醋酸纤维素纤维表面发生聚合反应，聚合24小时后，得到导电聚吡咯纳米纤维。
4)将步骤3)得到的导电聚吡咯纳米纤维用1mol/L氨水脱掺杂，然后用1wt％全氟乙基磺酸掺杂该纤维，即可得到本发明的超疏水导电聚吡咯纳米纤维。
该超疏水导电聚吡咯纳米纤维具有核壳结构，其中“核”是直径为200纳米的醋酸纤维素纳米纤维；与之同轴的是200纳米厚的导电吡咯“壳”，其是由粒径为40纳米导电聚吡咯颗粒组成。
水滴在该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维表面的静态接触角为154.3°，表现出超疏水特性。
该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维与在pH为的7中性溶液和pH为13的碱溶液中表现出超疏水与超亲水可逆转化的特性。
该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维与在pH为的1的酸性溶液和pH为13的碱溶液中表现出疏水与超亲水可逆转化的特性。
实施例7、
1)将聚碳酸酯溶四氢呋喃溶液中，制成17wt％的醋酸纤维素溶液。
2)将步骤1)中的聚碳酸酯溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为18cm；开启高压电源，调节纺丝电压至22kV，在接收装置上得到固化的平均直径为180纳米的聚碳酸酯纳米纤维。
所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30Kv，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置一导电玻璃。
3)将1mL吡咯加入到50mL 1mol/L的硫酸溶液中，充分搅拌混匀；将步骤2)电纺得到的聚碳酸酯纳米纤维3g浸泡在该吡咯的硫酸溶液中；将3克过硫酸钠溶解在50mL的1mol/L的硫酸溶液中，缓慢滴加到该体系中，均匀搅拌，使吡咯在聚碳酸酯纳米纤维表面发生聚合反应，聚合12小时后，得到导电聚吡咯纳米纤维。
4)将步骤3)得到的导电聚吡咯纳米纤维用1mol/L氢氧化钾溶液脱掺杂，然后用1wt％全氟乙基磺酸掺杂该纤维，即可得到本发明的超疏水导电聚吡咯纳米纤维。
该超疏水导电聚吡咯纳米纤维具有核壳结构，其中“核”是直径为180纳米的聚碳酸酯纳米纤维；与之同轴的是150纳米厚的导电吡咯“壳”，其是由粒径为30纳米导电聚吡咯颗粒组成。
水滴在该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维表面的静态接触角为154.7°，表现出超疏水特性。
该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维与在pH为的7中性溶液和pH为13的碱溶液中表现出超疏水与超亲水可逆转化的特性。
该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维与在pH为的1的酸性溶液和pH为13的碱溶液中表现出疏水与超亲水可逆转化的特性。
实施例8、
2)将聚丙烯酰胺溶于去离子水中，制成5wt％的聚丙烯酰胺溶液。
2)将步骤1)中的聚丙烯酰胺溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为14cm；开启高压电源，调节纺丝电压至18kV，在接收装置上得到固化的平均直径为80纳米的聚丙烯酰胺纳米纤维。
所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30Kv，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置一导电玻璃。
3)将2mL吡咯加入到50mL 1mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌混匀；将步骤2)电纺得到的聚丙烯酰胺纳米纤维3g浸泡在该吡咯的盐酸溶液中；将4克过二氯化铜溶解在50mL的1mol/L的盐酸溶液中，缓慢滴加到该体系中，均匀搅拌，使吡咯在聚丙烯酰胺纳米纤维表面发生聚合反应，聚合11小时后，得到导电聚吡咯纳米纤维。
4)将步骤3)得到的导电聚吡咯纳米纤维用1mol/L氨水脱掺杂，然后用1wt％全氟乙基磺酸掺杂该纤维，即可得到本发明的超疏水导电聚吡咯纳米纤维。
该超疏水导电聚吡咯纳米纤维具有核壳结构，其中“核”是直径为80纳米的聚碳酸酯纳米纤维；与之同轴的是140纳米厚的导电吡咯“壳”，其是由粒径为30纳米导电聚吡咯颗粒组成。
水滴在该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维表面的静态接触角为154.7°，表现出超疏水特性。
该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维与在pH为的7中性溶液和pH为13的碱溶液中表现出超疏水与超亲水可逆转化的特性。
该超疏水的导电聚吡咯纳米纤维与在pH为的1的酸性溶液和pH为13的碱溶液中表现出疏水与超亲水可逆转化的特性。
实施例9、
1)将聚乳酸溶于乙醇中，制成20wt％的聚乳酸溶液。
2)将步骤1)中的聚乳酸溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为10cm；开启高压电源，调节纺丝电压至20kV，在接收装置上得到固化的平均直径为300纳米的聚乳酸纳米纤维。
所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30Kv，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置为一放置在铝铂上的长方形的载玻片。
3)将1mL噻吩加入到50mL 1mol/L的盐酸溶液中，充分搅拌混匀；将步骤2)电纺得到的聚乳酸纳米纤维4g浸泡在该噻吩的盐酸溶液中；将1克过硫酸铵溶解在50mL的1mol/L的盐酸溶液中，缓慢滴加到该体系中，均匀搅拌，使噻吩在聚乳酸纳米纤维表面发生聚合反应，聚合2小时后，得到导电聚噻吩纳米纤维。
4)将步骤3)得到的导电聚噻吩纳米纤维用1mol/L氨水脱掺杂，然后用1wt％全氟辛磺酸掺杂该纤维，即可得到本发明的超疏水导电聚噻吩纳米纤维。
该超疏水导电聚噻吩纳米纤维具有核壳结构，其中“核”是直径为300纳米的聚乳酸纳米纤维；与之同轴的是100纳米厚的导电噻吩“壳”，其是由粒径为30纳米导电聚噻吩颗粒组成。
水滴在该超疏水的导电聚噻吩纳米纤维表面的静态接触角为156.5°，表现出超疏水特性。
该超疏水的导电聚噻吩纳米纤维与在pH为的7中性溶液和pH为13的碱溶液中表现出超疏水与超亲水可逆转化的特性。
该超疏水的导电聚噻吩纳米纤维与在pH为的1的酸性溶液和pH为13的碱溶液中表现出疏水与超亲水可逆转化的特性。
实施例10、
1)聚氯乙烯溶于醋酸中，制成8wt％的聚氯乙烯溶液。
2)将步骤1)中的聚氯乙烯溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为12cm；开启高压电源，调节纺丝电压至18kV，在接收装置上得到固化的平均直径为110纳米的聚氯乙烯纳米纤维。
所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30Kv，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置为一放置在铝铂上的长方形的载玻片。
3)将2mL噻吩加入到50mL 1mol/L的硫酸溶液中，充分搅拌混匀；将步骤2)电纺得到的聚氯乙烯纳米纤维3g浸泡在该噻吩的硫酸溶液中；将5克过氧化氢溶解在50mL的1mol/L的硫酸溶液中，缓慢滴加到该体系中，均匀搅拌，使噻吩在聚氯乙烯纳米纤维表面发生聚合反应，聚合3小时后，得到导电聚噻吩纳米纤维。
4)将步骤3)得到的导电聚噻吩纳米纤维用1mol/L氨水脱掺杂，然后用1wt％全氟辛磺酸掺杂该纤维，即可得到本发明的超疏水导电聚噻吩纳米纤维。
该超疏水导电聚噻吩纳米纤维具有核壳结构，其中“核”是直径为110纳米的聚乳酸纳米纤维；与之同轴的是100纳米厚的导电噻吩“壳”，其是由粒径为30纳米导电聚噻吩颗粒组成。
水滴在该超疏水的导电聚噻吩纳米纤维表面的静态接触角为154.9°，表现出超疏水特性。
Claims (10)
1、一种超疏水导电高分子纳米纤维，其为具有核壳结构的同轴纳米纤维，所述的“核”是直径为80～300纳米的聚合物纤维，与之同轴的“壳”为80～200纳米厚导电高分子层、其由粒径为20～40纳米导电高分子颗粒组成。
2、如权利要求1所述的超疏水导电高分子纳米纤维，其特征在于：所述的聚合物为聚丙烯腈、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚碳酸酯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、或聚氯乙烯。
3、如权利要求1所述的超疏水导电高分子纳米纤维，其特征在于：所述的导电高分子为聚苯胺、聚噻吩、或聚吡咯。
4、一种权利要求1所述的超疏水导电高分子纳米纤维的制备方法，其利用了静电纺丝和原位化学氧化聚合方法，具体包括如下步骤：
1)将聚合物溶于溶剂中，制成5～20wt％的聚合物溶液；
所述的聚合物为聚丙烯腈、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚碳酸酯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、或聚氯乙烯；
2)将步骤1)制得的聚合物溶液装入现有的纺丝装置的储液装置中，电纺工作距离为8～20cm；开启高压电源，调节纺丝电压至10～26kV，聚合物电纺溶液从喷射装置喷出，并在喷丝口处形成Taylor锥，随后溶剂挥发，在接收装置上得到固化的直径为80～300纳米的聚合物纳米纤维；
3)将1～2mL导电高分子单体加入到50mL 1mol/L的盐酸或硫酸中，充分搅拌混匀；将步骤2)中电纺得到的聚合物纳米纤维浸泡在该导电高分子单体的酸性溶液中；
所述的导电高分子单体为苯胺、噻吩、或吡咯；
4)将0.6～5克氧化剂溶解在50mL 1mol/L的盐酸或硫酸中，缓慢滴加到步骤3)的体系中，均匀搅拌，导电高分子单体在聚合物纳米纤维表面发生聚合反应，得到导电高分子纳米纤维；
5)将步骤4)中得到的导电高分子纳米纤维用1mol/L碱性溶液脱掺杂，然后用1wt％含氟有机磺酸溶液掺杂该纤维，得到本发明的超疏水导电高分子纳米纤维。
5、如权利要求4所述的超疏水导电高分子纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1)的溶剂为所述的溶剂为去离子水、乙醇、丙酮、三氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或醋酸。
6、如权利要求4所述的超疏水导电高分子纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2)的电纺装置包括高压直流电源、储液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0～30kV，储液装置垂直放置，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置为以形状各异的导电金属板、金属网、金属薄膜或导电玻璃作为导电收集器，或是在上述导电收集器上加载一不导电的接收器。
7、如权利要求4所述的超疏水导电高分子纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤4)的氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钠、三氯化铁、氧化锰、过氧化氢、重铬酸钾、或二氯化铜。
8、如权利要求4所述的超疏水导电高分子纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤5)的碱性溶液为氨水、氢氧化钠水溶液、或氢氧化钾水溶液。
9、如权利要求4所述的超疏水导电高分子纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤5)的含氟有机磺酸为全氟辛磺酸或全氟乙基磺酸；其溶剂为去离子水、三氯甲烷、或乙醇。
10、权利要求1所述的超疏水导电高分子纳米纤维在用于智能微流体开关、可控的分离技术、可控的药物释放、可快速切换的隐身技术、电磁屏蔽、抗静电、抗腐蚀、传感器上的应用。
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