[发明专利]一种制备聚苯胺纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物材料，尤其是涉及一种导电聚苯胺纳米线的制备方法。

背景技术

由于导电聚苯胺具有优异的环境稳定性、热稳定性和掺杂可逆性，且易于合成，因此成为最具商业应用前景的导电聚合物之一(Zhang D.H.，Wang Y.Y.，MAT.SCI.E.B，2006，134(1)：9-19)。由于聚苯胺纳米材料具有纳米尺度的结构，从而具备了传统导电聚合所没有的小尺寸效应和量子效应等，赋予其特异的物理性能和化学性能。例如利用与传统聚苯胺相比具有的更大的比表面的聚苯胺纳米线，制成的传感器材料其对环境中氨的灵敏度比传统传感器高数十倍(Virji S.，Huang J.，Kaner R.B.，Weiller B.H.，NANO LETT.，2004，4(3)：491-496)。将聚苯胺纳米线分散在PMMA中，通过蒸发成膜的办法，可以制备透明的导电薄膜(Wang Y.Y，JingX.L.MAT.SCI.E.B，2007，138(1)：95-100)。利用聚苯胺纳米线与金纳米颗粒之间的电子传输作用，可以作为数字记忆的元件等(Tseng R.J.，Baker C.O.，Shedd B.，Huang J.X.，KanerR.B.，Ouyang J.Y.，Yang Y.，APPL.PHYS.LETT.2007，90(5)：053101/1-053101/3)。随着对纳米聚苯胺的研究的不断深入，聚苯胺纳米线的合成已经成为导电聚合物材料的一个重要研究方向。

目前合成聚苯胺纳米线的常用方法有以下几种：

1.模板法：模板法可以分为“硬模板”和“软模板”法，Martin(Martin C.R.，Chem.Mater.1996，8(8)：1739-1746)利用多孔膜，Wu等(Wu C.G.，Bein T.，Science 1994，264 1757-1759)利用多孔的沸石为模板合成聚苯胺，再将模板去除可得到聚苯胺纳米线，这种方法通常称为硬模板法。其优点是可控性强，可以通过控制模板的孔径，来控制所得的聚苯胺纳米线的半径，这是其他方法难以比拟的；缺点就是制备过程繁杂，模板的成本高。利用在反应体系中加入表面活性剂等添加剂，使苯胺单体在添加剂形成的微结构中聚合，形成纳米结构聚苯胺的方法称为软模板法。例如Jang等(Jang J.S.，Yoon H.S.，ADV.MATER.，2003，15(24)：2088-2091)将FeCl3加入到表面活性剂AOT和异辛醇中，利用铁离子降低临界胶束浓度的特点，使得AOT自发形成柱状结构。聚苯胺在这些柱状胶束中聚合而得到聚苯胺纳米线。软模板法的优点是条件温和，制备简便；缺点是通常需要的添加剂量大，用量甚至大于产品的量，成本较高。

2.电化学法：电化学法是控制电化学反应的各种因素从而得到聚苯胺纳米结构的方法，如Liang等(Liang L.，Liu J.，Windisch C.F.，Exarhos G.J.，Lin Y.H.，Angew.Chem.Int.Ed.，2002，41(19)：3665-3668)利用三步控电流法，在0.08mAcm^-2的电流密度下成核，然后降低电流密度到0.04mAcm^-2，最后到0.02mAcm^-2，利用沉积在电极上的纳米聚苯胺核，在较小的电流密度下形成统一朝向的聚苯胺纳米线。电化学法的优点是可控性较好；缺点是产量较低，试验条件要求较高，不适合大规模生产。

3.界面聚合法：界面聚合是利用将氧化剂和苯胺单体分别溶于两种不相溶的介质中，再将两种介质混合后使聚苯胺的聚合发生在相界面上(Huang J.，Virji S.，Weiller B.H.，Kaner R.B.，J.Am.Chem.Soc.2003，125(2)：314-315)。这是一种新方法，该法的优点在于除了用与水形成界面的不溶于水的有机溶剂外，通常不需添加其他助剂，成本较其他方法低，而且制备的聚苯胺纳米线较为均一；缺点在于该法使用的有机溶剂量很大，而且单体的浓度较低。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种反应条件温和，效率高，适合工业化生产的基于悬浮态界面聚合的制备聚苯胺纳米线的方法。

本发明的具体步骤如下：

1)在反应容器中加入氢离子浓度为1mol/L的酸性水溶液做连续相，再加入水溶性分散剂，其中分散剂浓度在最终体系中的浓度为1～2g/L；