本發(fā)明涉及富勒烯類碳納米材料應(yīng)用領(lǐng)域，特別是富勒烯方形片晶/聚合物復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

本發(fā)明所用的富勒烯是一種碳元素的新的同分異構(gòu)體，目前常見的富勒烯材料包括C60、C60的衍生物如[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)、C70和C70的衍生物如[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)等。富勒烯獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使之有一些獨(dú)特的性能，比如C60具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，有非線性光學(xué)效應(yīng)，摻雜堿金屬后有超導(dǎo)性，毒性低且能抑制細(xì)菌增殖并使HIV病毒失活，還可進(jìn)行鹵化、氯化、加成等多種化學(xué)反應(yīng)，在高溫、高壓下或紫外光、γ-射線輻照下可以聚合。獨(dú)特的性能使C60在光電、超導(dǎo)體、非線性光學(xué)材料、醫(yī)藥治療、顯示器、傳感器、光伏材料和微反應(yīng)器等諸多領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。

富勒烯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能引起了科學(xué)家對其進(jìn)行高維超分子結(jié)構(gòu)設(shè)計的極大興趣。例如利用液-液界面沉淀等方法使C60組裝為晶須、納米棒、納米管、微米管和納米線等一維結(jié)構(gòu)，研究表明C60納米晶須和納米管等可被用作場效應(yīng)晶體管、合成模板、光學(xué)器件、微機(jī)電系統(tǒng)部件和催化劑載體等。利用液-液界面法也可使C60組裝為六邊形、菱形等二維結(jié)構(gòu)。

將C60等富勒烯材料與聚合物復(fù)合可以賦予聚合物材料新的性能，這對于開發(fā)新型有機(jī)功能材料具有重要理論和實(shí)際意義。研究表明，C60和其衍生物PC61BM是一種很好的電子受體，且受到光的激發(fā)后C60接受電子的能力更強(qiáng)，能快速實(shí)現(xiàn)電荷分離并有效抑制電荷復(fù)合，因此C60和PC61BM作為電子受體與聚噻吩、聚3-烷基噻吩(P3AT)、聚對苯撐乙炔(PPV)及其衍生物聚2-甲氧基-5-(2-已基己氧基)-1，4-對苯撐乙炔(MEH-PPV)等半導(dǎo)體聚合物復(fù)合可以提高光伏器件的電荷分離和能量轉(zhuǎn)換效率，同時C60和PC61BM等富勒烯也會影響聚乳酸等聚合物的熱穩(wěn)定性、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)晶性能等其他物理性能。

但是，在迄今為止有關(guān)C60等富勒烯材料研究的文獻(xiàn)中，尚未見到將富勒烯二維方形片晶與聚合物結(jié)合制備復(fù)合材料的研究報道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種富勒烯方形片晶/聚合物復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過如下原理實(shí)現(xiàn)的：將適量聚合物(如左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)、消旋聚乳酸(PDLLA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚3-丁基噻吩(P3BT)、聚3-己基噻吩(P3HT)、聚3-辛基噻吩(P3OT))、聚對苯撐乙炔(PPV)及聚2-甲氧基-5-(2-已基己氧基)-1,4-對苯撐乙炔(MEH-PPV)等)溶于溶劑(如二氯甲烷、三氯甲烷、或二氯甲烷與三氯甲烷的混合溶劑)中制成一定濃度的溶液，通過超聲波分散等手段將富勒烯溶于適量溶劑(如四氯化碳、氯苯、二氯苯、三氯苯、或兩種及兩種以上這些溶劑的混合溶劑)得到一定濃度的溶液，將聚合物溶液與富勒烯溶液按照適當(dāng)?shù)谋壤旌?，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，控制相對濕度、溫度、真空度和溶劑揮發(fā)速度等實(shí)驗(yàn)條件、在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到富勒烯方形片晶/聚合物的復(fù)合材料。

本發(fā)明所用方法的特征在于所用的富勒烯材料包括C60、C60的衍生物如[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)、C70、C70的衍生物如[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)，也包括兩種或兩種以上這些富勒烯材料的混合物。

本發(fā)明所用方法的特征在于富勒烯方形片晶/聚合物復(fù)合材料制備過程中的相對濕度為0-100％RH、溫度為10-70℃、真空度為133Pa-1atm、溶劑揮發(fā)速度為0.0001-0.1ml/s。

本發(fā)明所用方法的特征在于聚合物的結(jié)構(gòu)與性能、聚合物溶液與富勒烯溶液的混合比例、富勒烯的濃度、溶劑揮發(fā)速度和溫度等都會影響聚合物中富勒烯方形片晶的數(shù)量和尺寸。

本發(fā)明所用的方法在聚合物成膜過程中實(shí)現(xiàn)了富勒烯方形片晶的制備及其聚合物的原位復(fù)合，更有利于提高復(fù)合材料的綜合物理性能和特殊功能，該制備方法具有簡單易行的特點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過下列實(shí)施例來說明本發(fā)明的特征，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并非限于下列實(shí)施例。

實(shí)施例1

將0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.003g C60溶于4ml四氯化碳中制成溶液，將PLLA溶液與C60溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為60％RH、溫度為23℃、溶劑揮發(fā)速度為0.04ml/min的條件下，在混合溶液中的溶劑完全揮發(fā)后可得到C60方形片晶/PLLA的復(fù)合材料。

實(shí)施例2

將0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.002g C60溶于4ml四氯化碳中制成溶液，將PLLA溶液與C60溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為60％RH、溫度為23℃、溶劑揮發(fā)速度為0.04ml/min的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到C60方形片晶/PLLA的復(fù)合材料。

實(shí)施例3

將0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.002g C60溶于4ml四氯化碳中制成溶液，將P3HT溶液與C60溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為60％RH、溫度為23℃、溶劑揮發(fā)速度為0.04ml/min的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到C60方形片晶/P3HT的復(fù)合材料。

實(shí)施例4

將0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.002g PC61BM溶于4ml四氯化碳中制成溶液，將P3HT溶液與PC61BM溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為60％RH、溫度為23℃、溶劑揮發(fā)速度為0.04ml/min的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到富勒烯方形片晶/P3HT的復(fù)合材料。

實(shí)施例5

將0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.003g C60溶于4ml四氯化碳與1ml氯仿的混合溶劑中制成溶液，將PLLA溶液與C60溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為60％RH、溫度為23℃、溶劑揮發(fā)速度為0.03ml/min的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到C60方形片晶/PLLA的復(fù)合材料。

實(shí)施例6

將0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.002g PC61BM溶于4ml四氯化碳與0.5ml氯仿的混合溶劑中制成溶液，將P3HT溶液與PC61BM溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為60％RH、溫度為23℃、溶劑揮發(fā)速度為0.04ml/min的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到富勒烯方形片晶/P3HT的復(fù)合材料。

實(shí)施例7

將0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.002g PC61BM溶于4ml四氯化碳與0.5ml氯仿的混合溶劑中制成溶液，將P3HT溶液與PC61BM溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為60％RH、溫度為23℃、溶劑揮發(fā)速度為0.04ml/min的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到富勒烯方形片晶/P3HT的復(fù)合材料。

實(shí)施例8

將0.2g聚3-丁基噻吩(P3BT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.002g PC61BM溶于4ml四氯化碳中制成溶液，將P3HT溶液與PC61BM溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為65％RH、溫度為23℃、溶劑揮發(fā)速度為0.05ml/min的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到富勒烯方形片晶/P3BT的復(fù)合材料。

實(shí)施例9

將0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.002g C70溶于4ml四氯化碳中制成溶液，將P3HT溶液與C70溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為60％RH、溫度為23℃、溶劑揮發(fā)速度為0.04ml/min的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到C70方形片晶/P3HT的復(fù)合材料。

實(shí)施例10

將0.2g聚3-己基噻吩(P3HT)溶于10ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.002g PC71BM溶于3ml 四氯化碳中制成溶液，將P3HT溶液與PC71BM溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為60％RH、溫度為23℃、溶劑揮發(fā)速度為0.04ml/min的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到富勒烯方形片晶/P3HT的復(fù)合材料。

實(shí)施例11

將0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.003g C60溶于4ml四氯化碳與1ml氯苯的混合溶劑中制成溶液，將PLLA溶液與C60溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為40％RH、溫度為30℃、真空度為133Pa的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到C60方形片晶/PLLA的復(fù)合材料。

實(shí)施例12

將0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿和2ml二氯甲烷的混合溶劑中制成溶液，通過超聲波分散將0.003g C60溶于4ml四氯化碳與1ml氯苯的混合溶劑中制成溶液，將PLLA溶液與C60溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為40％RH、溫度為30℃、真空度為133Pa的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到C60方形片晶/PLLA的復(fù)合材料。

實(shí)施例13

將0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿和2ml二氯甲烷的混合溶劑中制成溶液，通過超聲波分散將0.003g C60溶于4ml四氯化碳與1ml間二氯苯的混合溶劑中制成溶液，將PLLA溶液與C60溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在相對濕度為30％RH、溫度為30℃、真空度為133Pa的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到C60方形片晶/PLLA的復(fù)合材料。

實(shí)施例14

將0.2g左旋聚乳酸(PLLA)溶于8ml氯仿中制成溶液，通過超聲波分散將0.001g C60和0.002g PC61BM的混合物溶于4ml四氯化碳中制成溶液，將PLLA溶液與富勒烯溶液混合，再通過超聲波分散使兩種溶液混合均勻，在常壓、相對濕度為40％RH和溫度為30℃的條件下，在混合溶液的溶劑完全揮發(fā)后可得到C60方形片晶/PLLA的復(fù)合材料。