[发明专利]一种利用气体扩散制备柔性的二维聚苯胺薄膜的方法

说明书

一种利用气体扩散制备柔性的二维聚苯胺薄膜的方法，它涉及一种制备聚苯胺薄膜的方法。本发明是为了解决现有方法制备的聚苯胺膜，操作比较复杂，后续处理较为繁琐，且在室温环境中对氨气的响应较低，响应‑恢复时间较慢，检测限较高的问题。制备方法：一、将过硫酸铵与盐酸混合，磁力搅拌，得到过硫酸铵溶液；二、将过硫酸铵溶液置于敞口容器中，将苯胺液体置于另一敞口容器中，然后将装有过硫酸铵溶液的容器与装有苯胺液体的容器置于同一密闭空间中，气体扩散反应，在过硫酸铵溶液表面得到柔性的二维聚苯胺薄膜。本发明用于利用气体扩散制备柔性的二维聚苯胺薄膜。

技术领域

本发明涉及一种制备聚苯胺薄膜的方法。

背景技术

近年来，气体传感器在环境监测，医疗诊断等领域得到了广泛应用。传统的气体传感器是将材料涂覆在陶瓷管或陶瓷板上，其不具备柔性、韧性等优点。并且，传统的传感器的工作温度一般为高温，这无形中增加了能耗以及安全问题。为了解决这些问题，科学家们开发了可穿戴式柔性传感器，这种传感器具有光学透明性、柔韧性，轻便性等优点。它预计将是未来几年比较活跃的研究领域之一。目前，碳纳米管、石墨烯、有机聚合物材料等相继被用于可穿戴气体传感器中。由于有机聚合物材料具备导电性好，成本低，易于加工等优点而受到了越来越多的关注。

聚苯胺(PANI)因其低密度、低合成成本、良好的稳定性和导电性，在天然导电聚合物(ICPs)中具有广阔的发展前景。与其他聚合物不同，聚苯胺具有简单且可逆的掺杂/去掺杂特性，这种特性可以控制聚苯胺的生长量、溶解度、光学活性等性质。目前，不同维度的聚苯胺被合成出。在对PANI结构和性能的研究中，一些文献强调了二维结构的PANI可有效地增强电性能，进而提高其在柔性传感器的性能。而且有序的结构可以在很大程度上提高聚苯胺薄膜有效的电荷传输，进而提高材料的性能。为了获得有序的结构和良好的结晶度，一般采用界面合成法或电化学合成法制备二维PANI。通过界面合成法制备的二维有机聚合物膜在分子水平上具有周期性结构。有序的结构可以在很大程度上提高聚苯胺薄膜有效的电荷传输，进而提高材料的性能。

现有的合成方法中，虽然可以有效地制备出PANI薄膜，但是仍然存在着一些不可避免的缺点：1.操作方法较为复杂。前期准备工作较多，一些原材料需要预处理。2.后续处理较为繁琐。在薄膜制备过程中需向反应体系中引入模板剂、表面活性剂等，反应终止后需通过一些手段除去。3.复杂的操作手段以及后续处理，使得以上这些合成聚苯胺薄膜的方法不利于大规模生产。

目前，已有许多PANI基传感器可用于在室温工作环境下对氨气进行检测，但是这些传感器也存在着一些缺点，例如，在室温环境中对氨气的响应较低(1.21～10)，响应-恢复时间较慢(36s～2.5min)，检测限较高(10ppb～5ppm)。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法制备的聚苯胺膜，操作比较复杂，后续处理较为繁琐，且在室温环境中对氨气的响应较低，响应-恢复时间较慢，检测下限较低的问题，提供了一种利用气体扩散制备柔性的二维聚苯胺薄膜的方法。

一种利用气体扩散制备柔性的二维聚苯胺薄膜的方法按照以下步骤进行：

一、将过硫酸铵与浓度为0.1mol/L～1mol/L的盐酸混合，磁力搅拌20min～45min，得到过硫酸铵溶液；

所述的过硫酸铵的质量与浓度为0.1mol/L～1mol/L的盐酸的体积比为1g:(0.67～2)L；

二、将过硫酸铵溶液置于敞口容器中，将苯胺液体置于另一敞口容器中，然后将装有过硫酸铵溶液的容器与装有苯胺液体的容器置于同一密闭空间中，在温度为1℃～10℃的条件下，气体扩散反应1天～10天，在过硫酸铵溶液表面得到柔性的二维聚苯胺薄膜。

本发明具有如下有益效果：