[发明专利]樟脑磺酸掺杂的聚吡咯纳米纤维材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种樟脑磺酸掺杂的聚吡咯纳米纤维材料、制备方法及应用。所述纳米纤维通过樟脑磺酸进行掺杂，具有手性螺旋空心结构，该纳米纤维材料具有高介电性，其测试频段下介电常数实部值保持在6~14之间；该纳米纤维材料具有优异的吸波性能，其测试厚度为5 mm时，吸收峰~37 dB，有效吸波带宽~6.3 GHz。本发明制备的纳米纤维，其制备过程简单，反应时间短，可成规模生产。

技术领域

本发明属于材料制备领域，特别涉及一种樟脑磺酸掺杂的高介电性能手性螺旋空心结构聚吡咯纳米纤维及其制备方法。

背景技术

聚吡咯作为常见导电聚合物，由于其具有合成简单、稳定性高，生物毒性低和环境友好等特点，被广泛用于超级电容器（J. Mater. Chem. C, 2018, 6(6), 2482-2493.）、锂电池（Adv. Eng. Mater., 2016, 6(13), 1600256.）等各个领域的研究中。聚吡咯的形貌常呈现为纳米/微颗粒（Adv. Mater., 2018, 30(35), 1802731; J. Appl. Phys., 2015,118, 204105.）、水凝胶（ACS Nano, 2014, 8(10), 10066-10076.）或气凝胶（Appl. Phys. Lett., 2015, 106, 222902.）等；由于一维纳米材料具有高横纵比等优点，聚吡咯一维纳米材逐渐被科研人员所关注，如聚吡咯一维纳米纤维（Langmuir, 2014, 30(26), 7778-7788.）、纳米带（Nanotechnol., 2017, 28, 315701.）等具有良好的电磁吸收性能。目前，常采用掺杂的方式对聚吡咯进行改性处理，使聚吡咯的某些性能得到提高；常见的掺杂材料包括：如聚苯乙烯磺酸（或磺酸盐）（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11(4),4258-4267）、（J. Mater. Chem. A, 2014, 2(3), 859-865.）、乙酸（Biomacromolecules,2007, 8(1), 182-187.）等。因此，综合运用一维纳米纤维的优势和酸掺杂的方法可以获得性能优异的一维导电聚合物。

发明内容

本发明的目的是提供一种樟脑磺酸掺杂高介电性能手性螺旋空心结构聚吡咯纳米纤维材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种樟脑磺酸掺杂的聚吡咯纳米纤维材料，所述纳米纤维材料通过樟脑磺酸进行掺杂，具有高介电性（测试频段下介电常数实部值保持在6~14之间）和优异的吸波性能（测试厚度为5 mm时，吸收峰~37 dB，有效吸波带宽~6.3GHz），所述纳米纤维材料具有手性螺旋空心结构。

上述纳米纤维材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将手性试剂与吡咯单体以1:40的摩尔比分散在一定体积的甲醇中，再加入5倍于甲醇体积的去离子水，经一段时间搅拌后，再滴入于手性诱导试剂50倍摩尔量的樟脑磺酸，再搅拌一段时间，形成均匀分散溶液，冰浴；

步骤2：将于手性试剂40倍摩尔量的过硫酸铵滴入步骤1所述冰浴的均匀分散溶液中，并搅拌一段时间；

步骤3：所得产物经去离子水/乙醇清洗后，干燥。

进一步的，步骤1中，吡咯单体的质量浓度为2.20-2.50 g/L。

进一步的，步骤3中，干燥温度不高于60℃。

与现有技术相比，本发明的优点是：