[发明专利]聚苯胺@碳纳米管导电压敏复合材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及导电压敏复合材料，尤其涉及一种聚苯胺碳纳米管导电压敏复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，关于碳基/导电聚合物复合材料的研究已经成为有机/无机纳米复合材料领域的热门课题，并取得了数量相当可观的研究成果。其中碳基材料主要包括石墨薄片、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯等，导电聚合物则主要包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及相关共聚物等导电高分子材料。

目前，碳基/导电聚合物复合材料的制备主要包括物理复合与化学接枝两种途径。其中，物理复合利用碳基材料表面能较高的特性对导电聚合物进行物理吸附，可以保证碳基材料的SP²杂化结构完整，使复合材料较好地保持了碳基材料优异的电学性能与力学性能；然而碳基材料与聚合物之间的物理吸附作用较弱，不够稳定。而化学接枝则较多地通过混酸酸化等手段对碳基材料进行处理，使其表面部分SP²杂化结构受到破坏而转化成SP³杂化结构，同时引入羧基、环氧基等含氧官能团，以这些含氧官能团作为活性点，可以在碳基材料表面原位接枝相应的导电聚合物；此法虽然使碳基材料与导电聚合物之间形成更加稳定的化学键，却难免破坏碳基材料原有的共轭结构，使其电学性能和力学性能都受到不同程度的减弱。

发明专利申请201310252688.8公开了“芘胺型苯并噁嗪化合物及其制备方法”，所述制备方法包括：将含有酚羟基的酚类化合物、芘胺和醛类化合物经溶剂混合均匀后，升温至60～120℃进行回流，反应时间2～6小时，使反应混合物加热脱水成环而制备得到芘胺型苯并噁嗪化合物；其中，酚基团、胺基团、醛基团的摩尔比例为1：1：2～4。通过该制备方法得到的芘胺型苯并噁嗪化合物与碳材料(例如碳纳米管、石墨烯等)之间有良好的π-π相互作用，与碳材料具有良好的界面相容性能。该发明专利申请虽然已经公开了利用芘基的共轭结构与碳基材料发生π-π相互作用，然而本申请与该发明专利申请仍存在以下区别：①复合材料结构不同：发明专利申请201310252688.8通过Mannich反应制备了芘胺型苯并噁嗪化合物大分子，通过大分子中的多个苯环结构与碳基材料相互作用，整个大分子将附着在碳基材料表面；本发明则首先在碳纳米管表面引入氨基芘，再以氨基芘的氨基为活性点原位聚合生成直链聚苯胺高分子，高分子的一端与芘基相连，另一端则游离在空间结构当中，聚苯胺的分子量可以达到数万甚至数十万，其高分子链的长度可达数个纳米。②制备工艺不同：发明专利申请201310252688.8事先合成了芘胺型苯并噁嗪化合物，再与碳基材料相互作用实现复合；本发明先在碳纳米管的表面复合氨基芘分子，此后采用反应进程更加可控的原位聚合方法制备聚苯胺高分子，通过改变反应条件可以得到不同聚合度的聚苯胺高分子。③功能性不同：本发明所制备的复合材料具有优异的电学性能，尤其根据碳纳米管与芘基之间在不同压力情况下，因相对距离发生变化而导致电学性能的变化，可以此作为导电材料乃至于压敏材料使用。

发明内容

本发明提供了一种聚苯胺碳纳米管导电压敏复合材料及其制备方法。本发明所述的聚苯胺碳纳米管导电压敏复合材料不仅具有良好的导电性能，还具备一定的压敏特性，极大拓展了聚苯胺碳纳米管导电压敏复合材料的应用前景。

本发明的技术方案：聚苯胺碳纳米管导电压敏复合材料，所述聚苯胺的一端通过芘基与碳纳米管之间通过π-π堆积的形式相结合。

聚苯胺碳纳米管导电压敏复合材料，通过以下步骤制备得到：

(1)制备氨基芘碳纳米管复合材料：称取适量碳纳米管，加入到1-氨基芘的DMF溶液中，超声分散、搅拌，使二者充分反应；微孔滤膜过滤、洗涤、烘干，得到氨基芘碳纳米管复合材料。本发明以碳纳米管作为碳基材料，通过π-π堆积的手段将1-氨基芘复合在碳纳米管表面，由于π-π堆积结构可以在复合材料的两相之间进行电子转移，所以其结合力远远大于单纯的物理吸附，同时还不破坏石墨烯的SP²杂化轨道结构，可以使复合材料具有良好的导电性能。更重要的是1-氨基芘中含有氨基可以作为活性点来进行后续的接枝反应，实现了在不破坏碳纳米管SP²杂化轨道结构的前提下引入了化学反应的活性点。