[发明专利]一种一维导电聚苯胺/凹凸棒纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电复合材料的制备领域，具体地说，涉及一种一维导电聚苯胺/凹凸棒纳米复合材料的制备方法。

背景技术

聚苯胺(PANI)的结构多样化，掺杂态和未掺杂的聚苯胺具有环境稳定性好、易于合成、物理性能优异、单体廉价易得等优点，特别是它具有独特的质子酸掺杂机制和优良的导电性能，被认为是最有实际应用前景的导电聚合物之一。其中一维导电聚苯胺纳米材料由于具有高能量密度、结构低维、高比表面积、良好的导电性和稳定性在锂离子电池、超级电容器、气敏元件、复合导电纤维和电致变色材料等领域有着广泛的应用前景。

至今，一维聚苯胺纳米材料的制备方法有模板法、界面聚合法、稀溶液聚合法、快速混合聚合法和电化学方法。其中模板法是目前合成一维聚苯胺纳米材料最有效的方法。模板法分为硬模板法和软模板法，硬模板法：采用本身具有一维纳米结构的材料为模板通过聚合过程的控制实现聚苯胺一维纳米材料的合成；软模板法：通过长链表面活性剂分子相互缔合形成胶束，然后以胶束为模板形成聚苯胺一维纳米材料。硬模板法合成的一维导电聚苯胺材料尺寸均匀、可控，但常用的硬模板材料为人工合成，导致制备一维导电聚苯胺材料的价格成本较高，同时一维导电聚苯胺材料的尺寸受到模板的限制。软模板法合成的一维导电聚苯胺材料尺寸不受模板限制，但尺寸均一性不高。

凹凸棒是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，其晶体呈针状、纤维状集合体，单根纤维晶的直径在20nm左右，长度可达几个微米，是一种天然的一维纳米无机材料，具有无毒、无味、无刺激、化学稳定、易干燥、硬度低等优点。

授权公告号为CN 100549097C的中国专利公开了一种聚苯胺/凹凸棒土纳米导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：向去离子水中加入凹凸棒土原料，制成凹凸棒土质量占去离子水质量3％～25％的浆料；在不断搅拌的条件下，向浆料中加入苯胺，苯胺质量占凹凸棒土质量的20％～80％，再向浆料中加入无机酸，无机酸与苯胺的摩尔比为3.8～15.5∶1，然后在上述浆料中缓慢滴入浓度为0.42～1.72mol/L的氧化剂溶液，氧化剂与苯胺的摩尔比为0.5～2.0∶1，氧化聚合2～24h，聚合温度为10～60℃；再经过脱杂、抽滤、水洗、干燥后得到聚苯胺/凹凸棒土导电复合材料。但是该专利公开的技术方案存在以下缺陷：一、苯胺质量占凹凸棒土质量的20％～80％，苯胺用量太少，聚合反应获得的导电聚苯胺不能有效包覆凹凸棒颗粒，以致获得的聚苯胺/凹凸棒土复合材料的导电性不稳定；二、该方法制备的聚苯胺/凹凸棒土导电复合材料电阻率很高，电导率很低。

公开号为CN 101191016A的中国专利申请公开了一种聚苯胺/凹凸棒石纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：将纯度为85％以上的凹凸棒石粉体，加阴离子表面活性剂和水高速搅拌均匀，制成浓度为5～20％的悬浮液；在上述悬浮液加入经质子酸酸化的苯胺盐，苯胺加入量与凹凸棒石的量的重量比为20∶1～4∶1，质子酸浓度为0.5～2.5mol/L，混合30min～3小时，加入苯胺量的0.05％～1％的氧化型引发剂，在5～20℃的温度下，高速搅拌原位聚合2～10小时，反应后静置，过滤，水洗涤2～4次，真空干燥，得到墨绿色粉末。但是该专利公开的技术方案存在以下缺陷：一、将纯度为85％以上的凹凸棒石粉体与水制成浓度为5～20％的悬浮液，凹凸棒的用量较大，一维纳米结构凹凸棒石在水相中容易形成网状结构使得悬浮液的粘度很高，以致反应原料和试剂在浆料中较难分散；二、该方法没有测量其制备的聚苯胺/凹凸棒石纳米复合材料的电导率，通过重复该方法中实施例4，发现该聚苯胺/凹凸棒石纳米复合材料的电导率较低，约0.5S/cm。

虽然授权公告号为CN 100549097C的中国专利和公开号为CN101191016A的中国专利申请已提出利用凹凸棒为核来制备凹凸棒/聚苯胺复合材料，但是将纳米凹凸棒与长链分子软模板一起，通过硬模板和软模板相结合的方法来制备一维导电聚苯胺/凹凸棒纳米复合材料一直未有报道。

发明内容

本发明提供了一种一维导电聚苯胺/凹凸棒纳米复合材料的制备方法，以纳米材料凹凸棒为硬模板、长链分子表面活性剂为软模板，通过硬模板和软模板相结合的方法，制备尺寸均一可控的一维导电聚苯胺/凹凸棒纳米复合材料。

一种一维导电聚苯胺/凹凸棒纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将纳米凹凸棒粉体和水混合均匀，制成凹凸棒粉体重量百分含量为0.2％～4.9％的悬浮液；