[发明专利]聚吡咯/Fe3O4/纳米石墨薄片复合材料及其制备

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种聚合物/无机氧化物/石墨纳米复合材料的制备，特别涉及一种聚吡咯/Fe₃O₄/纳米石墨薄片导电复合材料；本发明同时还涉及一种及其聚吡咯/Fe₃O₄/纳米石墨薄片复合材料的制备方法。

背景技术

含有共轭双键的导电高分子材料聚吡咯(Ppy)，由于稳定性好，易合成，与其他导电高分子材料相比有较高的导电能力，被用于制作生物感应器、功能分子膜、二次电池和非线性光学装置等。聚吡咯上午这些性质与聚吡咯的形态和微观结构有着密切的关系。而它的形态和微观结构则由合成方法、平衡离子以及其他很难同时控制的因素共同决定。通常情况下，聚吡咯质地脆、不熔不溶、不可加工。为了改善聚吡咯的加工性能、提高聚吡咯的导电性能，大量研究者将目光集中在聚吡咯/无机层状化合物新型纳米复合材料的制备及其性能研究中。

石墨是典型的层状化合物，具有优良的导电、导热和自润滑等功能。多年来，人们将石墨粉与聚合物混熔制得复合型导电高分子材料，取得了一定的成果。然而，这样制得的材料导电性十分有限。为了提高导电性，所需石墨的含量通常较高，从而导致材料力学性能、加工性能较差，材料的相对密度也大幅度提高。导致这种结果的主要原因是所使用的石墨粉为微米级，层间距很小(0.335nm)，比表面积小，难以提供有机单体较大的反应空间，因此与聚合物间的作用力弱。如果能将石墨以纳米级分散于聚合物中，则有可能大幅度降低石墨的添加量，石墨与聚合物的界面结合状况也将得到改善，从而有望在保持力学性能的前提下，赋予材料优良的导电性能。

纳米石墨薄片是制备导电聚合物/石墨纳米复合材料最好的填充物，具备普通石墨优良的化学稳定性、导热、导电、自润滑性能，在自润滑材料、减摩、灭火阻燃复合材料和场发射材料等方面都体现了很好的功效。

氧化铁是一种重要的无机非金属材料，广泛用作磁性记录材料的原料、软磁铁氧体的原料、抛光剂和氧化铁系颜料等。纳米技术的出现，为氧化铁注入了新的活力，使其应用范围进一步扩大。磁性纳米氧化铁粒子由于其特殊的超顺磁性，在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面都具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是利用聚吡咯、纳米Fe₃O₄及纳米石墨薄片的特殊结构和性能，提供一种性能优化的聚吡咯/Fe₃O₄/纳米石墨薄片复合材料。

本发明的另一目的是提供一种聚吡咯/Fe₃O₄/纳米石墨薄片复合材料的制备方法。

本发明聚吡咯/Fe₃O₄/纳米石墨薄片复合材料的制备方法，是以水为介质，十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂，将纳米石墨薄片超声分散均匀；然后向体系中加入吡咯单体和纳米Fe₃O₄，在氮气保护下，搅拌1～2小时；再加入引发剂，于室温下聚合反应20～24小时；聚合产物经过滤，洗涤，干燥得聚吡咯/Fe₃O₄/纳米石墨薄片复合材料。

所述吡咯单体、纳Fe₃O₄、纳米石墨薄片的质量比为1∶0.3∶0.005～1∶0.5∶0.03。

所述引发剂为FeCl₃·6H₂O，其加入量为吡咯单体质量的1～5倍。

所述纳米石墨薄片的片层厚度为30～80nm。

所述纳米Fe₃O₄的粒径为10～15nm。

下面通过红外光谱图、TEM照片、TG曲线对本发明制备的聚吡咯/Fe₃O₄/纳米石墨薄片复合材料的结构和性能进行测试和表征。

1、红外光谱分析