CN1974667A - 多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料的制备方法，属化学化工新型复合材料制备工艺技术领域。本发明的特点是：采用纳米碳管为模板，采用原位聚合法使苯胺单体直接在纳米碳管上聚合。本发明在0～5℃冰水浴条件下，以HCl为掺杂剂，(NH4)S2O8作为氧化剂，加入表面活性剂，将纳米碳管和苯胺单体按1∶2～1∶6的重量比例加入系统，使之反应，最终制得粉末状的多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料。该复合材料具有较高的导电性，强度高，热稳定性和化学稳定性好。由于其具有优异的光学和电学性能，可以用于光电纳米器件、超级电容器、场发射器件、传感器、抗静电和电磁屏蔽材料等方面。
Description
技术领域
本发明涉及一种多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料的制备方法，属化学化工新型复合材料制备工艺技术领域。
背景技术
在导电聚合物中，聚苯胺因其导电性能优良，环境稳定性好，合成工艺简单，原料成本低廉等优点，被产为是最有可能实际应用的导电聚合物。然而用传统方法合成的聚苯胺由于其分子量小，分子链中存在缺陷而使其导电性能和力学性能大大降低，从而限制了其实际应用。如中国专利CN1718611，由于其制备工艺的限制，制备的导电聚苯胺脆性较大，韧性较差，并且热稳定性也不佳。又如中国专利CN1294154，采用乳液聚合的方法，掺杂剂采用十二烷基苯磺酸等，得到一种非常稳定的水相聚苯胺乳液，但是需要用破乳剂对其破乳，使得相应的一系列后续工艺变得复杂，大大增加聚苯胺的生产成本。
关于碳纳米管，它是1991年Lijima利用电弧放电法制备C60和其他常勒烯的碳沉积物中首次发现的产物。典型的碳纳米管完全是由碳六元环组成的类似于石墨的平面，一片片按一定方式叠合而成的纳米级管状结构。纳米碳管有单壁的，也有多壁的，它的直径从几纳米到数十纳米不等，长度可达数微米。聚合物/纳米碳管复合材料自1994年首次被报道以来已引起了人们的广泛关注。由于纳米碳管具有较高的比表面积、良好的导电性和较高的化学稳定性，因此导电高分子聚合物与纳米碳管的复合物成为当前研究的热点，在光电纳米器件、超级电容器、场发射器、传感器以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术等领域有着诱人的应用前景。美国专利7033525中报道，该方法制备的聚苯胺/纳米碳管导电复合材料具有很高的电导率，最高可达5西门子/厘米，其化学稳定性也较好，但是它采用的激光沉积法太过复杂，成本较高，不适宜工业化。美国专利Re 38370研究了不同氧化剂和不同苯胺/氧化剂配比对于制得的聚苯胺电导率的影响，发现氧化剂的种类对水体系制备的聚苯胺电导率影响不大，但是重铬酸盐、高锰酸盐、有机过氧化物等由于其毒性大，限制了它的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料的制备方法。
本发明一种多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
(a)首先将纳米碳管作改性处理，将一定量的多壁纳米碳管放于浓混合酸中，在150℃温度下加热回流24小时；浓混合酸为硝酸与硫酸的混合酸，两者的体积比为：HNO3∶H2SO4＝1∶3；然后用蒸馏水抽滤洗涤至中性，烘干，最后经高速球磨3小时，得到改性后的纳米碳管；
(b)取一定量的上述改性后的纳米碳管加入到盐酸溶液中，再加入适量的表面活性剂，进行超声分散2～4小时；表面活性剂为十二烷基磺酸钠、聚乙二醇、或聚乙烯醇中的任一种；然后将一定量的苯胺单体先加入到盐酸溶液中，随后将上述的苯胺的盐酸溶液倒入到上述的纳米碳管盐酸溶液的纳米碳管悬浮液中，再进行超声分散1小时，待纳米碳管悬浮液分散均匀后，将溶解于盐酸溶液中的(NH4)2S2O8缓慢滴加到反应液中，并于0～5℃冰水浴条件下搅拌，使之反应，滴加时间控制在3～4小时；滴加完毕后，继续保持冰水溶24小时；
(c)最后将反应产物进行离心分离，用去离子水洗涤多次以去除杂质及低聚物，随后在60℃温度下真空干燥24小时，最终得到粉末状的多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料。
上述的多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料中，纳米碳管和苯胺单体的加入量的重量比例为1∶2～6。
本发明的特点是，在0～5℃冰水浴条件下，在酸性水性体系中，采用原位聚合法，聚合制备纳米碳管/聚苯胺导电复合材料。在此条件下，苯胺能很好地在纳米碳管上成核长大，并且能够完全覆和缠绕在纳米碳管上。本发明的工艺有利于聚苯胺在纳米碳管表面很好的生长聚合，且包覆得比较均匀，最终得到的复合材料表面聚苯胺的平均分子量较大，其电磁性能大大提高。本发明方法简单易行，生产成本低。本发明的纳米碳管/聚苯胺导电复合材料具有优异的光电性能，可以用于光电纳米器件、超级电容器、场发射器件及传感器等方面。该复合材料制成的超级电容器，具有比电容大，比能量高，并且具有良好的热稳定性和化学稳定性，另外其循环充放电次数多且长，对环保也无污染。
具体实施方式
现将本发明的实施例具体叙述于后。
实施例1
本实施例中的工艺过程和步骤如下：
(1)首先将纳米碳管作改性处理，取多壁纳米碳管10克放于1600ml的浓混合酸中，浓混合酸为浓硝酸与硫酸的混合酸，两者体积之比比为：HNO3∶H2SO4＝1∶3，在150℃温度下加热回流24小时，然后用蒸馏水抽滤洗涤至中性，烘干，最后经高速球磨3小时，得到改性活化处理后的纳米碳管。由于纳米碳管本身存在因聚及缠绕现象，不利于工业化应用，经处理后，纳米碳管被短切了，分散得比较均匀，分散度提高，并且开口率也得到了很大的提高。
(2)取50克上述改性后的纳米碳管加入到1升盐酸溶液中，盐酸的浓度为1mol/L，再加入10克表面活性剂十二烷基磺酸钠，进行超声分散3小时；然后将200克苯胺单体加入到1升盐酸溶液中，盐酸的浓度为1.2mol/L，随后将其倒入上述的纳米碳管盐酸溶液的纳米碳管悬浮液中，再进行超声分散1小时；上述改性纳米碳管与苯胺单体加入量的重量比为1∶4；待纳米碳悬浮液分散均匀后，将溶解于盐酸溶液中的(NH4)2S2O8缓慢滴加到反应液中，滴加时间控制在3～4小时；滴加完毕后，继续保持冰水浴24小时。上述的(NH4)2S2O8为氧化剂。
(3)最后将反应产物进行离心分离，用去离子水洗涤3次，以去除杂质及低聚物，随后在60℃温度下真空干燥24小时，最终得到粉末状的多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料。
将上述实施例中制得的粉末状纳米碳管/聚苯胺导电复合材料放入模具中，在常温300×106Pa压力下压片成型，制得电极片。将该电极片作为检测试样，通过仪器测试结果如下：
(1)采用四点接触法测得上述电极片的电阻率为0.15欧姆·米。
(2)把上述2个电极片制成一个超级电容器，把该电容器置于1mol/L的H2SO4溶液中进行充放电试验，充放电的电流密度为10mA/cm2，经计算得该电容器的比电容可达200F/g，与单纯的纳米碳管和纯导电聚苯胺超级电容器相比，其比电容都有明显提高。
另外，上述实施例所制得的纳米碳管/聚苯胺导电复合材料，在透射电子显微镜下所得的照片中可看到，聚苯胺将纳米碳管包覆得很均匀，在纳米碳管外壁形成一层聚合物层，包覆后的纳米碳管复合体的直径在70～100nm范围内。
通过红外光谱图分析，其波数884583峰处只有一个吸收峰，说明苯胺的聚合是对位聚合。
该复合材料的优点是：导电率高、强度高、热稳定性和化学稳定性好；并且工艺简单，成本低廉。
Claims (2)
1.一种多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：
(a)首先将纳米碳管作改性处理，将一定量的多壁纳米碳管放于浓混合酸中，在150℃温度下加热回流24小时；浓混合酸为硝酸与硫酸的混合酸，两者的体积比为：HNO3∶H2SO4＝1∶3；然后用蒸馏水抽滤洗涤至中性，烘干，最后经高速球磨3小时，得到改性后的纳米碳管；
(b)取一定量的上述改性后的纳米碳管加入到盐酸溶液中，再加入适量的表面活性剂，进行超声分散2～4小时；表面活性剂为十二烷基磺酸钠、聚乙二醇、或聚乙烯醇中的任一种；然后将一定量的苯胺单体先加入到盐酸溶液中，随后将上述的苯胺的盐酸溶液倒入到上述的纳米碳管盐酸溶液的纳米碳管悬浮液中，再进行超声分散1小时，待纳米碳管悬浮液分散均匀后，将溶解于盐酸溶液中的(NH4)2S2O8缓慢滴加到反应液中，并于0～5℃冰水浴条件下搅拌，使之反应，滴加时间控制在3～4小时；滴加完毕后，继续保持冰水溶24小时；
(c)最后将反应产物进行离心分离，用去离子水洗涤多次以去除杂质及低聚物，随后在60℃温度下真空干燥24小时，最终得到粉末状的多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料。
2.如权利要求1所述的一种多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料，其特征在于所述的复合材料中，纳米碳管和苯胺单体的加入量的重量比例为1∶2～6。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101235199B (zh) * | 2007-12-26 | 2010-09-01 | 华东理工大学 | 一种碳纳米管改性聚苯胺纳米纤维复合材料的制备方法 |
| CN102121192A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-07-13 | 东华大学 | 一种弹性导电复合纤维及其制备方法 |
| CN102153862A (zh) * | 2011-03-14 | 2011-08-17 | 安徽大学 | 一种聚苯胺/碳纳米管复合电磁屏蔽材料的制备方法 |
| CN105085907A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-11-25 | 南昌航空大学 | 一种聚苯胺接枝碳系材料的制备方法 |
| WO2018157401A1 (zh) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | 深圳市佩成科技有限责任公司 | PANI/MWCNTs复合材料的制备方法 |
| CN109231184A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-01-18 | 广州百思创科技有限公司 | 一种多功能导电碳纳米管及其制备方法和应用 |
| CN110922592A (zh) * | 2019-12-15 | 2020-03-27 | 泉州嘉宸科技有限公司 | 一种埃洛石纳米管负载表面活性剂/导电聚吡咯复合型抗静电剂及其制备方法和应用 |
| CN111729685A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-02 | 安徽大学 | 一种电催化材料及其制备方法、应用 |
-
2006
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101235199B (zh) * | 2007-12-26 | 2010-09-01 | 华东理工大学 | 一种碳纳米管改性聚苯胺纳米纤维复合材料的制备方法 |
| CN102121192A (zh) * | 2011-01-18 | 2011-07-13 | 东华大学 | 一种弹性导电复合纤维及其制备方法 |
| CN102121192B (zh) * | 2011-01-18 | 2013-02-06 | 东华大学 | 一种弹性导电复合纤维及其制备方法 |
| CN102153862A (zh) * | 2011-03-14 | 2011-08-17 | 安徽大学 | 一种聚苯胺/碳纳米管复合电磁屏蔽材料的制备方法 |
| CN105085907A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-11-25 | 南昌航空大学 | 一种聚苯胺接枝碳系材料的制备方法 |
| WO2018157401A1 (zh) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | 深圳市佩成科技有限责任公司 | PANI/MWCNTs复合材料的制备方法 |
| CN109231184A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-01-18 | 广州百思创科技有限公司 | 一种多功能导电碳纳米管及其制备方法和应用 |
| CN110922592A (zh) * | 2019-12-15 | 2020-03-27 | 泉州嘉宸科技有限公司 | 一种埃洛石纳米管负载表面活性剂/导电聚吡咯复合型抗静电剂及其制备方法和应用 |
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