[发明专利]高分散性纳米级聚(3,4-乙撑二氧噻吩)及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体地说是涉及一种具有高分散性的纳米级聚(3，4-乙撑二氧噻吩)，以及制备该纳米级聚合物的方法及该纳米级聚合物的应用。

背景技术

聚(3，4-乙撑二氧噻吩)(Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)，PEDOT)以其高的电导率(100～1000S/cm)、优异的环境稳定性、易成膜性且透明性好等特点，而成为导电聚合物领域中的研究热点。作为不可替代的新型光、电材料，PEDOT是制备有机电致发光器件、电致变色器件、电子纸、塑料存储器、太阳能电池、电解电容器、传感器等电子设备的理想材料。此外，它还在防静电材料、电磁屏蔽材料、吸波材料、防腐蚀材料、导电纤维等领域有着广泛、诱人的应用前景。可以预计，待其合成技术取得突破之后，PEDOT系列衍生物将在当今世界的导电聚合物市场上占据首要位置。因此，对PEDOT的研究开发具有重要的经济价值。

自组装化学氧化聚合法是目前制备导电聚合物纳米结构的一种有效手段，该方法简单、廉价、易于功能化，且适合大规模制备。但是，在利用自组装化学氧化聚合法制备纳米级PEDOT的过程中，通常会发生非常严重的团聚现象，这极大地抑制了PEDOT在相关领域的进一步应用和开发。因此，对于PEDOT的合成及推广应用，迫切需要一种简单易行且能够获得高分散性纳米结构的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于解决PEDOT在制备和应用过程中的团聚问题，提供一种制备高分散性纳米级PEDOT的方法，该方法简单、有效，成本低廉，易于工业化实施。具体而言，本发明提供了一种这样的制备纳米级聚(3，4-乙撑二氧噻吩)的方法，其包括使EDOT单体、氧化剂和掺杂剂在-30℃～+30℃的温度下聚合，其中所述氧化剂为钾、钠、铵的过硫酸盐、高氯酸盐、重铬酸盐，过氧化氢、过氧化物、硫酸铁或三氯化铁，或者是这些氧化剂中的两种或更多种的任意组合，以及所述掺杂剂为含氟有机酸和/或其盐类表面活性剂。所述聚合是自组装化学氧化聚合。

在本发明中，为了评价纳米材料的分散性的好坏，本发明人提出了一全新的物理参量，即分散度参数Di，其定义为放置一定时间后纳米材料所包含的颗粒的粒径增量，具体可用公式描述为：其中：为纳米材料放置一定时间后其包含的颗粒的平均粒径，为新合成的纳米材料所包含的颗粒的平均粒径；ΔT为纳米材料放置的时间，该物理参量的标准计量单位定义为纳米/天(nm/d)。如果该分散度参数Di＝0～100nm/d，则可认为该纳米材料分散性能优良，在100～500nm/d则可认为该纳米材料分散性能较好，在500～1000nm/d则可认为该纳米材料分散性能较差，而大于1000nm/d则可认为该纳米材料分散性能很差。采用本发明提供的制备方法可以制得分散度参数Di在0.1～10nm/d的纳米级PEDOT。

因此，本发明的另一目的在于提供一种纳米级聚(3，4-乙撑二氧噻吩)，该聚合物包含聚(3，4-乙撑二氧噻吩)颗粒，其特征在于，所述颗粒的平均直径在50～500nm范围内，并且其分散度参数Di在0.1～10nm/d的范围内，而Di具有如下定义：

其中：

为纳米级聚合物放置一定时间后其包含的颗粒的平均粒径，

为新合成的纳米级聚合物所包含的颗粒的平均粒径；

ΔT为纳米级聚合物放置的时间。

本发明的高分散性纳米级PEDOT可以通过本申请方法来制备。

本发明的还一目的在于提供本发明高分散性纳米级PEDOT或者通过本发明方法制备的高分散性纳米级PEDOT的应用，即将其用于生产电子器件的电极材料、电致发光或电致变色材料、防静电材料、电磁屏蔽材料、吸波材料、防腐蚀材料以及导电纤维。

本发明的这些和其他特征和优点在参照附图阅读完下列说明之后将变得更加清楚明了。

附图简述

图1a-1c为本发明实施例1中所得高分散性纳米级PEDOT的扫描电镜照片，其中图1a和图1b分别为放大2000和50000倍的扫描电镜照片；图1c为该聚合物放置30天后的放大50000倍的扫描电镜照片。

图2为作为对比的实施例13中所得PEDOT的扫描电镜照片(放大倍数为1000)。

发明详述