專利名稱：一種聚吲哚/碳納米管復(fù)合納米纖維膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚吲哚/碳納米管(CNTs，含單壁與多壁(n = 2-20))通過高壓靜電進(jìn)行紡絲成膜的制備方法，屬于電活性材料的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人們對(duì)導(dǎo)電聚合物各種性能的深入研究，導(dǎo)電聚合物在二次電池、肖特基二極管、發(fā)光二極管及晶體管等方面有極大的應(yīng)用前景。聚吲哚是一種含氮原子的雜環(huán)聚合物，其結(jié)構(gòu)與聚苯胺、聚吡咯非常相似，在性質(zhì)上其具有熱穩(wěn)定性高、氧化-還原電位高等特點(diǎn)。聚吲哚可以通過陽極氧化吲哚單體合成聚吲哚，并發(fā)現(xiàn)它有非常優(yōu)異的電化學(xué)性能；同時(shí)用電化學(xué)方法也能合成聚吲哚及其衍生物。作為導(dǎo)電聚合物，聚吲哚也具有一定的電活性特性，能夠在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生應(yīng)變。但顆粒狀或膜狀的聚吲哚，其電活性性能較差，難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。將聚吲哚制備成納米纖維可以有效提高其比表面積，從而提升其電活性性能。碳納米管具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使其存在許多潛在的應(yīng)用價(jià)值，在工程材料的納米增強(qiáng)體、半導(dǎo)體材料、催化劑載體等方面均被人們寄予厚望。此外，碳納米管具有良好的共軛體系，高的電子親和能與離子化能，光穩(wěn)定性較強(qiáng)，良好的光電性能和物理機(jī)械性能使其在改善聚合物材料光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等方面擁有廣泛的應(yīng)用前景。隨著碳納米管制備技術(shù)的成熟與碳納米管成本的不斷降低，碳納米管的應(yīng)用研究越來越成為研究的重點(diǎn)。如果將碳納米管與聚吲哚進(jìn) 行分子級(jí)復(fù)合，然后進(jìn)行靜電紡絲，則有望得到具有高電活性性能的電活性材料。目前還沒有涉及具有高電活性性能的聚吲哚/碳納米管電活性材料的制備及性能方面的報(bào)道及專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種聚吲哚/碳納米管復(fù)合納米纖維膜的制備方法，以該方法制得材料具有高的電活性性能。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的。一種聚吲哚/碳納米管復(fù)合納米纖維膜的制備方法，該方法首先將碳納米管進(jìn)行酸化處理，使其表面帶有羧基，再將其與溶解在乙腈中的聚吲哚進(jìn)行超聲混合，通過靜電紡絲制備具有高電活性性能的復(fù)合納米纖維膜，該方法其特征在于包括以下過程I)碳納米管溶液制備將單壁或多壁碳納米管加入到按質(zhì)量HN03/H2S04為I : I的混合酸中，配制成O. 01-0. lg/mL的溶液,將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流60-90min,過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于乙腈中，超聲分散制得濃度為5 15mg/mL碳納米管溶液；2)聚吲哚溶液制備在室溫下將分子量為5-10萬的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/L)為8 20%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色聚吲哚乙腈溶液。
3)復(fù)合溶液制備將步驟I)獲得的碳納米管溶液與步驟2)獲得的聚吲哚乙腈溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比O. 06 I O. 24 I進(jìn)行混合，并在在室溫下超聲分散2h ；4)復(fù)合納米纖維膜的制將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一定距離處放置豎直接地的鋁箔進(jìn)行接收。高壓靜電調(diào)節(jié)范圍10 30kV，注射泵流速O. 05 O. 3mL/h,接收距離10 20cm。獲得直接為80 200nm纖維膜。本發(fā)明制備方法過程簡(jiǎn)單，所獲得聚吲哚/碳納米管復(fù)合納米纖維膜具有電導(dǎo)率高、電活性性能好的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :I)碳納米管溶液制備將4. Og單壁碳納米管加入到200ml的HN03/H2S04(1 I)的混合酸中，配制成O. 02g/mL的溶液，將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流60min，過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下 真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于去離子水中，超聲分散制得濃度為6. Omg/mL碳納米管溶液；2)聚吲哚溶液制備在室溫下將分子量為6萬的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/L)為10%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色聚吲哚乙腈溶液；3)復(fù)合溶液制備將步驟I)獲得的碳納米管溶液與步驟2)獲得的聚吲哚乙腈溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比O. 08 I進(jìn)行混合，并在在室溫下超聲分散2h;4)復(fù)合納米纖維膜的制將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一定距離處放置豎直接地的鋁箔進(jìn)行接收，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍30kV，注射泵流速O. 05mL/h，接收距離20cm，獲得直接為80 IOOnm纖維膜。實(shí)施例2:I)納米管的酸化將4. Og單壁碳納米管加入到IOOml的HN03/H2S04(1 I)的混合酸中，配制成O. 04g/mL的溶液，將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流80min，過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于去離子水中，超聲分散制得濃度為8. Omg/mL碳納米管溶液；2)聚吲哚溶液制備在室溫下將分子量為6萬的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/L)為12%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色聚吲哚乙腈溶液；3)復(fù)合溶液制備將步驟I)獲得的碳納米管溶液，將碳納米管溶液與步驟2)獲得的聚吲哚乙腈溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比O. I I進(jìn)行混合，并在在室溫下超聲分散2h;4)復(fù)合納米纖維膜的制將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一定距離處放置豎直接地的鋁箔進(jìn)行接收，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍25kV，注射泵流速O. lmL/h，接收距離15cm，獲得直接為100 120nm纖維膜。實(shí)施例3 I)納米管的酸化將8. Og單壁碳納米管加入到IOOml的HN03/H2S04(1 I)的混合酸中，配制成O. 08g/mL的溶液，將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流90min，過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于去離子水中，超聲分散制得濃度為10mg/mL碳納米管溶液；
2)聚吲哚溶液制備在室溫下將分子量為10萬的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/L)為14%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色聚吲哚乙腈溶液；3)復(fù)合溶液制備將步驟I)獲得的碳納米管溶液與步驟2)獲得的聚吲哚乙腈溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比O. 15 : I進(jìn)行混合，并在在室溫下超聲分散2h ；4)復(fù)合納米纖維膜的制將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一定距離處放置豎直接地的鋁箔進(jìn)行接收，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍20kV，注射泵流速O. 2mL/h，接收距離20cm，獲得直接為120 160nm纖維膜。實(shí)施例4 I)納米管的酸化將8. Og單壁碳納米管加入到200ml的HN03/H2S04(1 I)的混合酸中，配制成O. 08g/mL的溶液，將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流70min，過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于去離子水中，超聲分散制得濃度為12mg/mL碳納米管溶液；2)聚吲哚溶液制備在室溫下將分子量為10萬的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/L)為18%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色聚吲哚乙腈溶液；3)復(fù)合溶液制備·將步驟I)獲得的碳納米管溶液與步驟2)獲得的聚吲哚乙腈溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比O. 20 1進(jìn)行混合，并在在室溫下超聲分散2h;4)復(fù)合納米纖維膜的制將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一定距離處放置豎直接地的鋁箔進(jìn)行接收，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍30kV，注射泵流速O. 25mL/h，接收距離15cm，獲得直接為170 200nm纖維膜。
權(quán)利要求
1.一種聚吲哚/碳納米管復(fù)合納米纖維膜的制備方法，該方法首先將碳納米管進(jìn)行酸化處理，使其表面帶有羧基，再將其與溶解在乙腈中的聚吲哚進(jìn)行超聲混合，通過靜電紡絲制備具有高電活性性能的復(fù)合納米纖維膜，該方法其特征在于包括以下過程 1)碳納米管溶液制備將單壁或多壁碳納米管加入到按質(zhì)量HN03/H2S04SI : I的混合酸中，配制成O. 01-0. lg/mL的溶液，將溶液加熱至沸騰狀態(tài)下回流60-90min，過濾后用去離子水洗滌至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳納米管分散于乙腈中，超聲分散制得濃度為5 15mg/mL碳納米管溶液； 2)聚吲哚溶液制備在室溫下將分子量為5-10萬的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/L)為8 20%的溶液，磁力攪拌6h，獲得透明淺黃色聚吲哚乙腈溶液； 3)復(fù)合溶液制備將步驟I)獲得的碳納米管溶液與步驟2)獲得的聚吲哚乙腈溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比O. 06 I O. 24 I進(jìn)行混合，并在在室溫下超聲分散2h ； 4)復(fù)合納米纖維膜的制將步驟3)獲得的復(fù)合溶液加入到注射器中，并將其固定在微量注射泵上，據(jù)針頭一定距離處放置豎直接地的鋁箔進(jìn)行接收，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍10 30kV，注射 泵流速O. 05 O. 3mL/h，接收距離10 20cm，獲得直接為80 200nm纖維膜。
全文摘要
本發(fā)明公開可一種聚吲哚/碳納米管復(fù)合納米纖維膜的制備方法，屬于電活性材料的制備技術(shù)。該方法包括以下過程首先將碳納米管進(jìn)行酸化處理，使其表面帶有羧基，再將其分散在乙腈中制成碳納米管溶液；將聚吲哚溶解于乙腈中，獲得透明淺黃色聚吲哚乙腈溶液；將碳納米管溶液與聚吲哚乙腈溶液進(jìn)行混合，進(jìn)行靜電紡絲，高壓靜電調(diào)節(jié)范圍10～30kV，注射泵流速0.05～0.3mL/h，接收距離10～20cm。本發(fā)明制備方法過程簡(jiǎn)單，所獲得聚吲哚/碳納米管復(fù)合納米纖維膜具有電導(dǎo)率高、電活性性能好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)D01F1/10GK103243416SQ20131018273
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
發(fā)明者蔡志江, 樊亞男, 許菲菲, 郭杰 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)