[发明专利]聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)/碳泡沫复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及聚(3,4‑亚乙二氧基噻吩)‑聚(苯乙烯磺酸)/碳泡沫复合材料的制备方法，将三聚氰胺泡沫经煅烧处理后冷却至室温，置于二甲基亚砜溶液中浸泡，再干燥得到碳泡沫，浸润在聚(3,4‑亚乙二氧基噻吩)‑聚(苯乙烯磺酸)溶液中，取出后经预冷冻处理后再真空冷冻干燥，得到聚(3,4‑亚乙二氧基噻吩)‑聚(苯乙烯磺酸)/碳泡沫复合材料。与现有技术相比，本发明不仅具有双负(负介电常数和负磁导率)的超材料特性，还可以在制备完成的样品上通过施加外力使其进行形变从而对其双负程度以及所对应频率范围进行调控，有助于扩大超材料在智能开关、可调天线窗等领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，尤其是涉及一种具有超材料性能的聚 (3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)/碳泡沫复合材料的制备方法。

背景技术

自2009年Zhong等人通过制备碳纳米纤维(CNF)/聚醚酰亚胺(PEI)复合材料实现负介电常数的现象开始，人们就致力于在聚合物领域通过调节组分和构造各种微观结构来实现负介电常数和负磁导率的超材料性能。但是鲜有人能在已经制成的样品下实现对其超材料性能的调节。碳泡沫作为一种典型具有三维网络结构的导电聚合物，在电容器、电磁波吸收等领域有广泛的应用前景和重要应用价值。然而，在纯碳泡沫具有正的介电常数和正的磁导率，难以实现超材料性能。因此，希望将其进行表面改性后通过与导电聚合物的复合可以制备出具有双负性能的超材料，并通过形变调控对其超材料强度以及对应频率范围进行调节。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有超材料性能的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)/碳泡沫复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)/碳泡沫复合材料的制备方法，该方法包括：

(1)制备碳泡沫：将洁净的三聚氰胺泡沫经煅烧处理后冷却至室温，取出并置于二甲基亚砜溶液中浸泡，再用去离子水反复洗涤至中性，经干燥处理得到碳泡沫；

(2)聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)/碳泡沫：将干燥后的碳泡沫浸润在聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)溶液中，取出后洗净，经预冷冻处理后再真空冷冻干燥，得到聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)/碳泡沫复合材料。

所述三聚氰胺泡沫在750-1300℃的温度下煅烧处理45min-8h。煅烧温度过低无法使得泡沫表面均匀碳化且所得产物导电性能较差，电阻较高，不利于超材料性能的实现；温度过高则泡沫容易过度碳化，失去弹性，无法实现应力调控。

所述三聚氰胺泡沫煅烧处理温度优选950-1000℃，时间优选120-150min。在该温度范围内可以使三聚氰胺泡沫在维持良好三维网络结构和泡沫弹性的同时其表面实现碳化，从而增加了体系电导率。煅烧处理过程中通入氮气或惰性气体进行保护。

所述二甲基亚砜溶液的浓度为2wt％-20wt％。

所述聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)溶液中，聚(3,4-亚乙二氧基噻吩) 的浓度为3wt％-7wt％，聚(苯乙烯磺酸)的浓度为3wt％-7wt％，控制在上述浓度范围内可以保持PEDOT-PSS的流动性，便于碳泡沫的浸润。

碳泡沫浸润在聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)溶液的时间为 30min-48h，优选为5-8h。在该浸渍时间内，聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)在泡沫的三维骨架中相互搭接形成导电片层，在提高电导率的同时还可以进一步加强复合体系的弹性。

所述预冷冻处理时在-4℃--80℃的温度下预冷冻2-24h。

所述真空冷冻干燥是在真空冷冻干燥机中，控制温度为-8--60℃、真空度为 1-15pa、冷冻干燥1-48h。