导电聚合物薄膜的制法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新颖、简单的制备自支持导电聚合物薄膜及其复合膜的方法，属于材料制备技术开发领域。
【背景技术】
[0002]导电聚合物由于具有较高的导电率、稳定性、易于掺杂以及特殊的光、电、声等方面的性质，在传感器、太阳能电池、电极材料、固体电容器、电磁屏蔽材料等方面具有潜在的应用，近年来受到科研工作者们的广泛关注和研究兴趣。这些应用都需要制备出导电聚合物的薄膜。传统的导电聚合物薄膜的制备主要有化学氧化聚合和电化学聚合。这两种方法都是将该聚合物沉积到导电性或非导电性的基底上。若要得到自支持的薄膜，还需在此基础上将薄膜从基底上剥离下来。制备工艺复杂，对基底的要求高，对膜的厚度、形貌无法做到精确可控。
[0003]为此，寻求一种一步成膜便可制备出大面积、厚度和形貌可控的高质量自支持导电聚合物薄膜的制法，并由该导电聚合物薄膜衍生出各种功能应用性的复合膜便显得尤为必要。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术中存在的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种自支持导电聚合物薄膜与复合膜的制法，并提出了由该制法制得的自支持导电聚合物薄膜与复合膜的应用。
本发明的第一个目的，将通过以下技术方案来实现:
一种导电聚合物薄膜的制法，所述聚合物薄膜的制备环境为气液两相界面，含有聚合单体的离子液体混合液曝露于空气中，并在离子液体与空气的接触界面，经1h自发生长形成自支持导电聚合物薄膜。
[0005]其中，所述离子液体的溶剂可选之一为l-Ethyl-2-methylimidazoliumtetrafIuoroborate。
[0006]实现本发明的第一个目的，还可通过以下技术解决方案:
一种导电聚合物薄膜的制法，所述聚合物薄膜的制备环境为液液两相界面，一相为含有聚合单体的离子液体，另一相为与离子液体互不相溶的有机溶液，且有机溶液与离子液体两相呈上、下分层，并在离子液体与有机溶液的接触界面，经1h自发生长形成自支持导电聚合物薄膜。
[0007]本发明的另一个目的，得以实现的技术方案是:
一种导电聚合物复合膜的制法，所述聚合物复合膜的制备环境为气液两相界面或液液两相界面，在液相界面自发成膜的过程中，将具有特定功能的无机纳米材料掺入离子液体，自发生长形成自支持导电聚合物复合膜。
[0008]其中，所述无机纳米材料包括纳米粒子、纳米线、纳米管及纳米片层中的一种或多种混合。
[0009]本发明的再一个目的，其应用的实现方式是:对制得的自支持导电聚合物薄膜或复合膜进行功能化后，用于传感器、显示器、人工肌肉，以及基于光、电、磁功能的环境监测中。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
利用气/液界面和液/液界面作为聚合反应的反应场，通过界面的自发生长，一步法制备出两面均一、厚度可控的自支持导电聚合物薄膜或制备出两面非对称的(一面光滑，一面粗糙)自支持导电聚合物薄膜。能有效克服传统化学氧化或电化学制备导电聚合物薄膜，特别是自支持导电聚合物薄膜制备时工艺复杂繁琐、对导电或非导电基底依赖性高、可控性差等缺点。该方法简便易操作，可控性强。同时，本技术易于对制备中的或制备出的导电聚合物薄膜进行功能化修饰。
【具体实施方式】
[0011]本发明为克服传统导电聚合物薄膜制备上的缺陷，构想并提供了一种自支持导电聚合物薄膜与复合膜的制法，为导电聚合物薄膜的应用开创了一种新颖、简单的制备方法。其详细过程可以包括以下几个步骤:
I)在含有导电聚合物单体的离子液体中，其气液两相界面或液液两相界面自发生长制备均一的自支持导电聚合物薄膜，通过改变反应条件，可实现对薄膜的表面平滑度、厚度的可控。同时还能制备出具有多孔结构的薄膜，这是本发明制法的基本特征。
[0012]2)从制法改良或拓展来看，将制备出的自支持导电聚合物薄膜进行氧化掺杂，SP增加离子液体中氧化剂的含量，或将该膜与碘蒸汽反应，可得到具有高导电率的聚合物薄膜。
[0013]3)在界面成膜过程中将具有特定功能的无机纳米材料复合到聚合物薄膜中从而制备出有机/无机纳米材料复合的聚合物薄膜。
[0014]4)对制备出的自支持导电聚合物薄膜进行后功能化，从而赋予其新的功能。
[0015]其中，步骤I)中采用离子液体直接曝露于空气中的气/离子液体体系，离子液体选用但不限于l-Ethyl-2-methylimidazolium tetrafIuoroborate。此外还可同时包括液/呙子液体的反应体系。
步骤3)中将步骤I)中的技术扩展到无机纳米材料掺杂的复合聚合物薄膜制备中，纳米材料可以是纳米粒子(磁性纳米粒子、有光电性质的纳米粒子、有催化性能的纳米粒子等)，纳米线，纳米管，纳米片层等。步骤4)将步骤I)中的技术扩展到对导电聚合物薄膜的后功能化，采用接枝、共混、共聚等方法对导电聚合物薄膜进行高分子改性。
[0016]以下通过两个具体的制法实施例直观地说明本发明制法的细节过程，以便理解本发明的创新实质。
[0017]实施例1:
将 43.8mg 表面活性剂 Bri j35 溶解在 ImL 离子液体 l-Ethyl-2-methylimidazoliumtetraf Iuoroborate中，然后将0.5mL吡咯加入其中搅拌片刻，加入少量CuC12振荡后静置10分钟，然后将不溶解的CuC12过滤掉，滤液置于表面皿中，静置一段时间。将表面皿置于蒸馏水中，在离子液体表面长出聚吡咯薄膜并浮于水面，取出即得聚吡咯薄膜。
[0018]实施例2:
将 43.8mg 表面活性剂 Bri j35 溶解在 ImL 离子液体 l-Ethyl-2-methylimidazoliumtetraf Iuoroborate中，然后加入ZnO纳米粒子，均勾分散该体系后加入0.5mL卩比略加入其中搅拌片刻，加入少量CuC12振荡后静置10分钟，然后将不溶解的CuC12过滤掉，滤液置于表面皿中，静置一段时间。将表面皿置于蒸馏水中，在离子液体表面长出聚吡咯薄膜并浮于水面，取出即得ZnO纳米粒子掺杂的聚吡咯复合薄膜。
综上所述，用本发明方法制备的导电聚合物薄膜两面可以是均一、对称的，也可以是非对称的，一面光滑，一面粗糙且厚度可控(从几十纳米到几微米)、面积不限；二、采用此方法可以制备非致密的多孔自支持导电聚合物薄膜，孔径和孔隙率可调；三、用此方法可以制备无机纳米材料掺杂的具有光、电、磁等功能的和具有一定机械强度的导电聚合物复合膜。
[0019]该制法方案在气/液界面或液/液界面通过自发生长，一步制备出结构和厚度可控的的自支持导电聚合物薄膜。同时，将这个技术扩展到制备无机纳米材料复合的聚合物薄膜以及后功能化的导电聚合物薄膜的制备。该多功能的自支持导电聚合物薄膜可集成在纳机电系统或微机电系统上做为传感器件，从而为环境监测等方面提供便捷、快速的响应器件。
[0020]需要说明的是，以上较佳实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，所作出各种变换或变型，均属于本发明的范畴。
【主权项】
1.一种导电聚合物薄膜的制法，其特征在于，所述聚合物薄膜的制备环境为气液两相界面，含有聚合单体的离子液体混合液曝露于空气中，并在离子液体与空气的接触界面，经1h自发生长形成自支持导电聚合物薄膜。2.根据权利要求1所述的导电聚合物薄膜的制法，其特征在于，所述离子液体的溶剂可选之一为 l-Ethyl-2-methylimidazolium tetrafluoroborate。3.一种导电聚合物薄膜的制法，其特征在于，所述聚合物薄膜的制备环境为液液两相界面，一相为含有聚合单体的离子液体，另一相为与离子液体互不相溶的有机溶液，且有机溶液与离子液体两相呈上、下分层，并在离子液体与有机溶液的接触界面，经1h自发生长形成自支持导电聚合物薄膜。4.一种导电聚合物复合膜的制法，其特征在于，所述聚合物复合膜的制备环境为气液两相界面或液液两相界面，在液相界面自发成膜的过程中，将具有特定功能的无机纳米材料掺入离子液体，自发生长形成自支持导电聚合物复合膜。5.根据权利要求4所述的导电聚合物复合膜的制法，其特征在于，所述无机纳米材料包括纳米粒子、纳米线、纳米管及纳米片层中的一种或多种混合。6.导电聚合物薄膜与复合膜的应用，其特征在于，对制得的自支持导电聚合物薄膜或复合膜进行功能化后，用于传感器、显示器、人工肌肉，以及基于光、电、磁功能的环境监测中。
【专利摘要】本发明公开了一种导电聚合物薄膜与复合膜的制法及其应用，所述聚合物薄膜与复合膜的制备环境为气液两相界面或液液两相界面，在气离子液体界面或液离子液体界面自发生长，或在生长过程中掺入无机纳米材料，以形成具有自支持导电性能聚合物薄膜或复合膜。本发明通过界面的自发生长，一步法制备出两面对称、均一、厚度可控或两面非对称的自支持导电聚合物薄膜。能有效克服传统化学氧化或电化学制备导电聚合物薄膜特别是自支持导电聚合物薄膜制备时工艺复杂繁琐、对导电或非导电基底依赖性高、可控性差等缺点。该方法简便易操作，可控性强。同时，本技术易于对制备中的或制备出的导电聚合物薄膜进行功能化修饰。
【IPC分类】C08J5/18, C08G73/06, C08K3/22
【公开号】CN105085909
【申请号】CN201510480357
【发明人】施勇
【申请人】海门市明阳实业有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月8日