[发明专利]一种纤维基导电聚吡咯/碳纳米管复合电极材料的原位界面聚合方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性电极材料的制备领域，特别涉及一种纤维基导电聚吡咯/碳纳米管复合电极材料的原位界面聚合方法。

背景技术

随着电子技术的快速发展，电子器件和相应驱动电源的小型化、轻便化成为发展主流。纺织纤维材料具有其它片材难以比拟的比表面大的特点，将织物作为能量储存单位的基体，通过导电活性物质在其表面的组装而形成的轻型电池和超级电容器，另一方面，纤维及其集合体(纱线、织物等)具有可加工性、组合性等特性，其在设计与应用方面具有较大的想象空间，便携式柔性材料的骨架选择逐步由聚合物橡胶、塑料薄膜向纤维材料发展，同时推进了移动显示服装、反应性高性能运动服装和能源纺织品等高科技纺织品的发展。

以普通纺织纤维为骨架制备的三维复合材料为开发廉价、环保、柔性电化学电容器电极材料提供了新思路。将电极活性材料的高储能性能和纤维材料的粗糙多孔及其优良的柔性相结合，形成具有三维连通网络结构组装成可弯折储能器件，在弯折条件下仍然具有较高的比容量，并与未弯折时的比容量相当，轻薄和柔软的特点更有利于其与服装进行集成，成为提高电子设备的人机交互性能的便携式输入设备的理想选择，这将在未来柔性器件领域具有极大的应用潜力。

目前纤维基复合电极材料多采用化学聚合或电聚合的方式将导电聚合物沉积在经过碳纳米材料预处理过的纤维基体上，步骤较多，反应时间较长。通过查阅相关文献，发现界面聚合法的特点是因反应体系中多相(两相或两相以上)的存在，反应发生在多相的界面处，使聚合反应更缓和，产物更细致均匀，其优点是能较好地控制材料的微观结构与均匀性。该方法较多的应用于高分子薄膜的制备，应用于纤维制品反应体系制备复合电极材料还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维基导电聚吡咯/碳纳米管复合电极材料的原位界面聚合方法，本发明制备方法简单，聚合反应更缓和，产物更细致均匀，反应液组成简单，安全环保，成本低，对设备要求性能低。

本发明的一种纤维基导电聚吡咯/碳纳米管复合电极材料的原位界面聚合方法，包括：

(1)在含有表面活性剂的三氯化铁水溶液中加入碳纳米管，超声处理，得到水相分散液A；

(2)将纤维素纤维织物浸渍在水相分散液A中，振荡10-30min，然后滴加吡咯有机相溶液B，再振荡搅拌反应90-150min，得到处理后的织物；其中有机相体积为水相体积的2-4倍；

(3)将上述处理后的织物浸泡，洗涤，干燥，既得纤维基导电聚吡咯/碳纳米管复合电极材料。

所述步骤(1)中表面活性剂为阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或几种。

所述阳离子表面活性剂为十六或十二烷基三甲基铵盐，阴离子为氯离子或溴离子，非离子表面活性剂为多元醇酯聚氧乙烯醚。

所述多元醇酯聚氧乙烯醚为吐温80。

所述步骤(1)中水相分散液A组成为三氯化铁浓度0.3～0.6mol/L，表面活性剂浓度各为0.004～0.006mol/L，碳纳米管用量4～8mg/ml。

所述步骤(1)中超声处理时间为10-30min。

所述步骤(2)中纤维素纤维织物的种类为棉、麻、粘胶纤维中的一种。

所述步骤(2)中吡咯有机相溶液中有机溶剂采用氯仿或溴仿；吡咯有机相溶液的浓度为0.2-0.4mol/L，纤维素纤维织物与水相体积的浴比为1:50。

所述步骤(2)中吡咯有机相溶液中有机溶剂采用氯仿或溴仿；吡咯有机相溶液的浓度为0.2-0.4mol/L。

所述步骤(2)中振荡反应温度均为-10～10℃，振荡反应时间为90-150min。

所述步骤(3)中浸泡为用无机酸溶液浸泡20～40min，再在丙酮中浸泡5～10min；洗涤为用去离子水洗涤。

所述无机酸为盐酸、硫酸或硝酸，浓度为0.05～0.15mol/L。

本发明采用多相反应体系，在反应液中添加高度分散的碳纳米管，利用界面聚合反应原位沉积聚吡咯/碳纳米管复合膜，步骤简单，在较短的时间内可获得较高电导率的复合材料。通过控制表面活性剂种类及其浓度比例、有机相与水相体积比、有机单体与氧化剂的浓度、反应时间等反应条件，可获得较高比电容和较好循环稳定性的复合电材料，在便携式电子与能源产品以及智能纺织品领域具有广阔的应用前景。

有益效果