[发明专利]聚苯胺/碳纳米管/纳米银粒子导电复合材料及其制备

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种纳米导电复合材料，尤其涉及一种以聚苯胺为主体，以碳纳米管、纳米银粒子为填料的三项导电复合材料。本发明同时还涉及该聚苯胺/碳纳米管/纳米银粒子导电复合材料的制备方法。

背景技术

随着电子工业及信息技术等产业的迅速发展，对于导电功能高分子材料的需求越来越迫切。通常所说的高分子材料大都是绝缘体，具有良好的机械性能，利用其介电性可作为电绝缘材料使用。随着大规模集成电路的迅速发展，电子线路和元件正向着集成化、微型化、高速化等方向发展，使用微弱的电流来实现传输，这就导致了控制信号容易受到外部侵入的电磁波干扰，对信号传输造成障碍。导电高分子材料就是在这种实际背景中应运而生的。1997年白川英树和Macdiarmid用碘参杂聚乙炔得到了具有金属导体电导率的高分子导电材料，拉开了导电高分子材料研究的序幕。

本征态的聚苯胺不导电，是一类结构型导电高分子材料，但由于其共轭π键的存在，经过化学或电化学参杂的聚苯胺可以从绝缘体转变为导体。其原料廉价、合成容易，具有良好的稳定性，可逆的电化学活性，与聚合物混合的低渗阈值，可应用于二次电池、电致变色器、抗静电、电磁屏蔽、军事伪装、防腐涂料等诸多领域。

碳纳米管是由二维石墨烯片层卷积而得到，其理想结构是六边形碳原子网格围成的无缝、中空管体，两端由半球形的大富勒烯分子封口。碳纳米管被发现以来，其独特的准一维管状结构及其特有的结构力学、电学和化学性质引起了物理、化学、材料科学和纳米科技领域学者的极大兴趣。根据管壁包含碳原子层数的不同，可将其分为多壁碳纳米管(MWCNT)和单壁碳纳米管(SWCNT)。碳纳米管的力学性能明显优于其他晶体材料，具有很高的轴向强度和刚度，碳纳米管的中空无缝管状结构使其具有较低的密度和良好的结构稳定性，使得碳纳米管在复合材料领域具有诱人的应用前景。

随着高分子聚合物材料越来越广泛地应用到工业和日常生活用品中，碳纳米管与高分子材料的复合显得更具有工程价值。采用改进原位法制备碳纳米管/PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)复合材料，减少了碳纳米管对分子增长的阻碍作用，获得由C-C化学键结合的界面，其抗拉强度比PMMA提高33％，热变形温度提高41K，电阻率降低了4个数量级。采用改进原位法制备碳纳米管/PA6(尼龙6)复合材料，减少了碳纳米管对自制PA6基体的平均相对分子质量，使碳纳米管对基体的增强作用充分发挥，使抗拉强度达130MPa，冲击韧度达4kJ/m²，伸长率达31％。

由于电子的量子限域效应，电子只能在单层石墨片中沿纳米管的轴向运动，径向运动受到限制，所以使碳纳米管具有独特的电学性质。良好的导电性、化学稳定性和吸光性，使其成为电子或空穴传递的多功能纳米材料，越来越多地用于光电转换材料和器件。将各种功能的纳米粒子组装在碳纳米管表面，对碳纳米管进行修饰，从而制备具有特殊功能的复合新材料是当前的一个热点研究课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚苯胺/碳纳米管/纳米银粒子导电复合材料。

本发明的另一目的是提供一种聚苯胺/碳纳米管/纳米银粒子导电复合材料的制备方法。

本发明聚苯胺/碳纳米管/纳米银粒子导电复合材料的制备方法，是以乙醇为溶剂，聚乙二醇-400为乳化剂，将碳纳米管与硝酸银溶液超声分散均匀，加入抗坏血酸溶液，在室温下搅拌反应5～8小时，过滤、洗涤，干燥，研磨，得碳纳米管/纳米银粒子复合填料；再将碳纳米管/纳米银粒子复合填料超声分散在苯胺单体中，加入盐酸溶液，继续超声使分散均匀，于0～5℃下搅拌加入过硫酸铵的盐酸溶液，反应20～24小时，过滤，洗涤至滤液为无色；然后超声分散到浓度为1～2M的硫酸溶液中进行二次掺杂，洗涤，干燥，研磨，得聚苯胺/碳纳米管/纳米银粒子导电复合材料。

所述纳米碳管与硝酸银的质量比为10∶1～15∶1。

所述抗坏血酸溶液的抗坏血酸溶液的浓度为0.001～0.002M，其加入量为硝酸银摩尔量1～2倍。

所述聚乙二醇-400的量为乙醇与硝酸银溶液总体积的10～15％。

所述苯胺单体的量为碳纳米管质量的10～15倍。

所述盐酸溶液的加入量为苯胺摩尔量的4～7倍，盐酸的浓度为1～2M。

所述过硫酸铵的盐酸溶液中，过硫酸铵与盐酸的摩尔比为1∶3～1∶5，盐酸的浓度为1～2M，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1∶0.9～1∶1.1。