[发明专利]一种掺杂态聚苯胺/聚多巴胺/碳纳米管复合导电中空微球及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种掺杂态聚苯胺/聚多巴胺/碳纳米管复合导电中空微球及其制备与应用。所述方法为：先将PS微球在引发剂与质子酸作用下与苯胺单体反应，制备PS/PANI微球，再以聚多巴胺为中间层将碳纳米管修饰在PS/PANI微球上得到以聚多巴胺为中间层的PS/PANI/CNTs微球，最后经分散在极性溶剂中，离心洗涤干燥，得到以聚多巴胺为中间层的聚苯胺/碳纳米管复合导电中空微球。本发明利用模板法合成的中空微球呈三明治结构，制备方法简单，成本较低，并且复合中空微球比表面积大、导电性能优异、质轻以及稳定性好，在导电材料、超级电容器以及电磁屏蔽领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种掺杂态聚苯胺/聚多巴胺/碳纳米管复合导电中空微球及其制备与应用。

背景技术

随着电子设备以及电子通讯系统的快速发展，社会开始慢慢开启物联网时代，电磁污染慢慢引起人们的广泛关注。在环境问题以及对各种系统应用的推动下，寻求高效率的材料以减轻电磁干扰(EMI)污染已成为目前主流的研究领域。进而对高性能的电损耗填料的研究也成为研究热点。

聚苯胺作为传统的导电高分子，具有共轭结构，以其低成本、制备工艺简单、低密度以及独特的导电性能而备受关注，并且具有广泛的应用，例如在防腐材料、导电材料、超级电容器、传感器以及电磁屏蔽等领域。聚苯胺(PANI)由于非氧化还原掺杂，良好的环境稳定性和经济可行性在导电聚合物中具有特殊的地位。可通过受控的聚合条件和使用取代的苯胺，特定的共聚单体，掺杂剂和填料进一步调节性能。但是由于聚苯胺的链具有苯环，聚苯胺的可溶性极差。

碳纳米管(CNT)是一种轻质碳材料，具有优异的机械性能、导电性能和导热性能。碳纳米管仪器独特的结构和性能，在结构纤维、复合材料、多功能织物以及电子器件中显示了重要的应用前景。但是CNT因其纳米尺寸效应，易团聚，通常会影响所得复合材料的性能。

PANI具有低的比强度，并且需要在一些粘合基质中分散以形成具备商业用途的复合材料。然而，由于导电聚合物颗粒的低相容性，相分离形态和低纵横比导致材料的渗流阈值趋高。

为解决碳纳米管易团聚以及聚苯胺导电率低的问题，通过制备具有核壳结构的微球，两者协同作用，形成轻质、高效的电损耗的导电微球。

所以，本发明旨在制备高性能的导电微球，拓展其在导电以及电磁屏蔽领域的应用。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种掺杂态聚苯胺/聚多巴胺/碳纳米管复合导电中空微球的制备方法，由原位聚合法在聚苯乙烯微球上沉积一层质子酸掺杂的导电态聚苯胺，并以聚多巴胺为中间层将聚苯胺与碳纳米管链接成稳定结构，旨在制备高性能的导电填料，增强CNT的分散性以及聚苯胺的导电性。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种掺杂态聚苯胺/聚多巴胺/碳纳米管复合导电中空微球。

本发明的再一目的在于提供上述一种掺杂态聚苯胺/聚多巴胺/碳纳米管复合导电中空微球的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种掺杂态聚苯胺/聚多巴胺/碳纳米管复合导电中空微球的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚苯乙烯(PS)微球分散在水中，加入引发剂与质子酸，分散均匀后，加入苯胺单体，搅拌下聚合反应6～12小时，纯化，得到PS/PANI微球；

(2)将PS/PANI微球加入水中得到分散液，将该分散液加入到含多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液中，超声分散后，搅拌及室温下反应6～12小时，加入碳纳米管并在室温下继续反应6～12小时，纯化，得到以聚多巴胺为中间层的PS/PANI/CNTs微球；