[发明专利]全甲基化环糊精苯胺纳米超分子导电聚合物及其制备方法与用途

说明书

【技术领域】

本发明属于纳米超分子材料技术领域，涉及全甲基化环糊精苯胺纳米超分子导电聚合物及其制备方法。该发明通过甲基化β-环糊精与苯胺的包合物在水相中制得了水溶性的全甲基化环糊精苯胺纳米超分子导电聚合物。该化合物可以作为具有绝缘层的纳米级分子导线，在纳米材料技术领域具有广阔的应用前景。

【背景技术】

电线是一种人们日常生活中随处可见的产品。导电的铜丝包裹上一层绝缘外壳即成为我们日常使用的绝缘导线。绝缘的外壳通常为塑料制品，其主要作用为减少电能在传递过程中的损失。电的发现与使用使人类社会进入了全新的时代。相对于普遍使用的金属导体，非金属导体的发现和应用显得较为缓慢。早在20世纪40年代，科学家们就普遍相信多烯烃结构聚合物可以产生类似金属导线一般的性质。到60年代，氮化硫聚合物导电性的发现使分子导线的研究受到了更为广泛的关注。现今，许多具有导电性质的高分子被陆续发掘出来，用来作为光电二极管，晶体管，以及光电池和传感器。高电导率的聚合物被称为“分子电线”。这种分子水平的导线并不是肉眼可见的，宏观上的样品可以认为是大量分子导线的聚集体。因此，为了避免这些导线间的接触带来的电能损失，在分子导线外包裹上绝缘层就显得比较重要。超分子配合物的发现给分子导线的绝缘化带来了契机。随着超分子化学的发展，越来越多的大环主体化合物被用于包裹到链状的分子导线上，大环受体与长链给体间通过疏水相互作用，静电作用等弱相互作用力形成轮烷，聚轮烷，假聚轮烷等形式的超分子配合物。中国专利CN1850880A公开了以少量的β-环糊精作为分散剂，制备分散度较高的聚苯胺导电高分子的方法。这也从另一方面说明了诸如环糊精一类的大环受体与导电高分子聚合物之间非共价键作用的存在。

β-环糊精是一类由α-1，4-糖苷键首尾相连形成的环状低聚糖。作为超分子化学中的一类优良主体化合物，环糊精及其衍生物可以和许多有机分子形成稳定的主客体配合物。天然环糊精中的全部羟基经甲基化以后，即成为全甲基化环糊精。相对于天然环糊精，全甲基化环糊精在极性及非极性溶剂中均有较好的溶解度，同时受pH值的影响也较小。这些特点使全甲基化环糊精能够作为分子导线绝缘层的良好材料。

关于环糊精包裹的绝缘分子导线已有文献报道，如英国的Anderson科研组从2000年到2004年分别在《Angew.Chem.》《Chem.Commun.》《Chem.Eur.J》等杂志上报道了一系列基于β-环糊精的聚轮烷配合物。如：

这些配合物的合成需要金属催化剂，合成的条件也比较苛刻。相对于以上聚合物，聚苯胺是一种相对简单易得的结构型导电高分子，它具有稳定性高，电导率高等优点。关于环糊精包裹聚苯胺高分子的报道首见于日本的Ito实验组。1998年，Ito和他的合作者将β-环糊精加入到聚苯胺的N-甲基吡咯溶液中，低温下得到了β-环糊精包裹的聚苯胺假聚轮烷。但是，这类合成对于溶剂和温度，pH的条件较聚苯胺本身仍显得有些苛刻，而且并不能在相对温和的条件下通过聚合的方法直接得到聚苯胺与环糊精的超分子配合物。

【发明内容】

本发明的目的旨在提供一种全甲基化环糊精苯胺纳米超分子导电聚合物及其制备方法与用途。本发明由全甲基化β-环糊精苯胺包合物入手，在水相中直接聚合得到了全甲基化环糊精苯胺纳米超分子导电聚合物，克服了以往技术中对于溶剂和pH值的严格限制，非常方便地制备了一种新的导电材料。

本发明公开了一种全甲基化环糊精苯胺纳米超分子导电聚合物，其特征在于由全甲基化环糊精与苯胺构成的包合物在酸性水溶液中聚合得到，它的结构通式为：

所述聚合物在分散剂为纯水的条件下，其形貌尺度为纳米级，由多个小的球状或椭圆状物体组成的类似线状的聚集体，在25℃-100℃下，其平均导电率为1.53×10^-4-1.53×10^-4S·m^-1。

本发明还公开了全甲基化环糊精苯胺纳米超分子导电聚合物的制备方法，其特征在于：由所述的全甲基化环糊精与苯胺的包合物，在酸性水溶液中得到，其合成步骤包括：

(1)将苯胺完全溶于水中，将此水溶液加入全甲基化β-环糊精的水溶液中，苯胺与全甲基化β-环糊精的物质的量之比为1∶0.5-2.0；

(2)混合体系在室温下搅拌5-10小时，将溶剂蒸干后可得到全甲基化β-环糊精苯胺包合物的微黄色粉末；