专利名称：一种聚吲哚/碳纳米管复合纳米纤维膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种聚吲哚/碳纳米管(CNTs，含单壁与多壁(n = 2-20))通过高压静电进行纺丝成膜的制备方法，属于电活性材料的制备技术。
背景技术：
近年来，随着人们对导电聚合物各种性能的深入研究，导电聚合物在二次电池、肖特基二极管、发光二极管及晶体管等方面有极大的应用前景。聚吲哚是一种含氮原子的杂环聚合物，其结构与聚苯胺、聚吡咯非常相似，在性质上其具有热稳定性高、氧化-还原电位高等特点。聚吲哚可以通过阳极氧化吲哚单体合成聚吲哚，并发现它有非常优异的电化学性能；同时用电化学方法也能合成聚吲哚及其衍生物。作为导电聚合物，聚吲哚也具有一定的电活性特性，能够在电场的作用下产生应变。但颗粒状或膜状的聚吲哚，其电活性性能较差，难以满足实际应用需求。将聚吲哚制备成纳米纤维可以有效提高其比表面积，从而提升其电活性性能。碳纳米管具有独特的结构，使其存在许多潜在的应用价值，在工程材料的纳米增强体、半导体材料、催化剂载体等方面均被人们寄予厚望。此外，碳纳米管具有良好的共轭体系，高的电子亲和能与离子化能，光稳定性较强，良好的光电性能和物理机械性能使其在改善聚合物材料光学、电学、力学、热学等方面拥有广泛的应用前景。随着碳纳米管制备技术的成熟与碳纳米管成本的不断降低，碳纳米管的应用研究越来越成为研究的重点。如果将碳纳米管与聚吲哚进 行分子级复合，然后进行静电纺丝，则有望得到具有高电活性性能的电活性材料。目前还没有涉及具有高电活性性能的聚吲哚/碳纳米管电活性材料的制备及性能方面的报道及专利。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚吲哚/碳纳米管复合纳米纤维膜的制备方法，以该方法制得材料具有高的电活性性能。本发明是通过下述技术方案加以实现的。一种聚吲哚/碳纳米管复合纳米纤维膜的制备方法，该方法首先将碳纳米管进行酸化处理，使其表面带有羧基，再将其与溶解在乙腈中的聚吲哚进行超声混合，通过静电纺丝制备具有高电活性性能的复合纳米纤维膜，该方法其特征在于包括以下过程I)碳纳米管溶液制备将单壁或多壁碳纳米管加入到按质量HN03/H2S04为I : I的混合酸中，配制成O. 01-0. lg/mL的溶液,将溶液加热至沸腾状态下回流60-90min,过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于乙腈中，超声分散制得浓度为5 15mg/mL碳纳米管溶液；2)聚吲哚溶液制备在室温下将分子量为5-10万的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成体积质量分数(g/L)为8 20%的溶液，磁力搅拌6h，获得透明浅黄色聚吲哚乙腈溶液。
3)复合溶液制备将步骤I)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的聚吲哚乙腈溶液按照溶质的质量比O. 06 I O. 24 I进行混合，并在在室温下超声分散2h ；4)复合纳米纤维膜的制将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射泵上，据针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收。高压静电调节范围10 30kV，注射泵流速O. 05 O. 3mL/h,接收距离10 20cm。获得直接为80 200nm纤维膜。本发明制备方法过程简单，所获得聚吲哚/碳纳米管复合纳米纤维膜具有电导率高、电活性性能好的优点。
具体实施例方式实施例I :I)碳纳米管溶液制备将4. Og单壁碳纳米管加入到200ml的HN03/H2S04(1 I)的混合酸中，配制成O. 02g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流60min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下 真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为6. Omg/mL碳纳米管溶液；2)聚吲哚溶液制备在室温下将分子量为6万的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成体积质量分数(g/L)为10%的溶液，磁力搅拌6h，获得透明浅黄色聚吲哚乙腈溶液；3)复合溶液制备将步骤I)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的聚吲哚乙腈溶液按照溶质的质量比O. 08 I进行混合，并在在室温下超声分散2h;4)复合纳米纤维膜的制将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射泵上，据针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，高压静电调节范围30kV，注射泵流速O. 05mL/h，接收距离20cm，获得直接为80 IOOnm纤维膜。实施例2:I)纳米管的酸化将4. Og单壁碳纳米管加入到IOOml的HN03/H2S04(1 I)的混合酸中，配制成O. 04g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流80min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为8. Omg/mL碳纳米管溶液；2)聚吲哚溶液制备在室温下将分子量为6万的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成体积质量分数(g/L)为12%的溶液，磁力搅拌6h，获得透明浅黄色聚吲哚乙腈溶液；3)复合溶液制备将步骤I)获得的碳纳米管溶液，将碳纳米管溶液与步骤2)获得的聚吲哚乙腈溶液按照溶质的质量比O. I I进行混合，并在在室温下超声分散2h;4)复合纳米纤维膜的制将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射泵上，据针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，高压静电调节范围25kV，注射泵流速O. lmL/h，接收距离15cm，获得直接为100 120nm纤维膜。实施例3 I)纳米管的酸化将8. Og单壁碳纳米管加入到IOOml的HN03/H2S04(1 I)的混合酸中，配制成O. 08g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流90min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为10mg/mL碳纳米管溶液；
2)聚吲哚溶液制备在室温下将分子量为10万的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成体积质量分数(g/L)为14%的溶液，磁力搅拌6h，获得透明浅黄色聚吲哚乙腈溶液；3)复合溶液制备将步骤I)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的聚吲哚乙腈溶液按照溶质的质量比O. 15 : I进行混合，并在在室温下超声分散2h ；4)复合纳米纤维膜的制将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射泵上，据针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，高压静电调节范围20kV，注射泵流速O. 2mL/h，接收距离20cm，获得直接为120 160nm纤维膜。实施例4 I)纳米管的酸化将8. Og单壁碳纳米管加入到200ml的HN03/H2S04(1 I)的混合酸中，配制成O. 08g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流70min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为12mg/mL碳纳米管溶液；2)聚吲哚溶液制备在室温下将分子量为10万的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成体积质量分数(g/L)为18%的溶液，磁力搅拌6h，获得透明浅黄色聚吲哚乙腈溶液；3)复合溶液制备·将步骤I)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的聚吲哚乙腈溶液按照溶质的质量比O. 20 1进行混合，并在在室温下超声分散2h;4)复合纳米纤维膜的制将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射泵上，据针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，高压静电调节范围30kV，注射泵流速O. 25mL/h，接收距离15cm，获得直接为170 200nm纤维膜。
权利要求
1.一种聚吲哚/碳纳米管复合纳米纤维膜的制备方法，该方法首先将碳纳米管进行酸化处理，使其表面带有羧基，再将其与溶解在乙腈中的聚吲哚进行超声混合，通过静电纺丝制备具有高电活性性能的复合纳米纤维膜，该方法其特征在于包括以下过程 1)碳纳米管溶液制备将单壁或多壁碳纳米管加入到按质量HN03/H2S04SI : I的混合酸中，配制成O. 01-0. lg/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流60-90min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60°C下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于乙腈中，超声分散制得浓度为5 15mg/mL碳纳米管溶液； 2)聚吲哚溶液制备在室温下将分子量为5-10万的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成体积质量分数(g/L)为8 20%的溶液，磁力搅拌6h，获得透明浅黄色聚吲哚乙腈溶液； 3)复合溶液制备将步骤I)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的聚吲哚乙腈溶液按照溶质的质量比O. 06 I O. 24 I进行混合，并在在室温下超声分散2h ； 4)复合纳米纤维膜的制将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射泵上，据针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，高压静电调节范围10 30kV，注射 泵流速O. 05 O. 3mL/h，接收距离10 20cm，获得直接为80 200nm纤维膜。
全文摘要
本发明公开可一种聚吲哚/碳纳米管复合纳米纤维膜的制备方法，属于电活性材料的制备技术。该方法包括以下过程首先将碳纳米管进行酸化处理，使其表面带有羧基，再将其分散在乙腈中制成碳纳米管溶液；将聚吲哚溶解于乙腈中，获得透明浅黄色聚吲哚乙腈溶液；将碳纳米管溶液与聚吲哚乙腈溶液进行混合，进行静电纺丝，高压静电调节范围10～30kV，注射泵流速0.05～0.3mL/h，接收距离10～20cm。本发明制备方法过程简单，所获得聚吲哚/碳纳米管复合纳米纤维膜具有电导率高、电活性性能好的优点。
文档编号D01F1/10GK103243416SQ20131018273
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月17日 优先权日2013年5月17日
发明者蔡志江, 樊亚男, 许菲菲, 郭杰 申请人:天津工业大学