[发明专利]四针状氧化锌晶须T－ZnOw表面原位合成导电聚苯胺PANi的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料改性技术领域，特别是导电聚合物与无机复合材料技术领域。

背景技术

通过两种或者多种材料的微观复合可以得到兼具各组分材料性能的、同时具备独特的光、电、磁、以及催化等特性的复合材料。其中，导电聚合物/无机粒子复合材料由于结合了聚合物和无机粒子材料的优点，日益受到关注。

四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)是一种多功能金属氧化物材料，其微观结构包括一个中心点和四个从同一中心点向三维空间里发射状延伸的针状单晶体，针状体的长度10-200μm，根部直径0.1-5μm(如图1所示)；它除了具有与普通ZnO粉体材料相似的半导体、压电和抗菌功能外，还由于其结构的特殊性而表现出高强度、高模量、耐高温、耐磨、吸波等功能特性。但是，不经过改性的T-ZnOw导电率较低(小于10^-6S/cm)，限制了其在某些领域的应用。通过掺杂，虽然可以在一定程度上提高导电性能，但是掺杂条件(如高温)会破坏其尖端和单晶结构，影响某些功能的发挥。所以，通过表面沉积或涂覆等复合改性，有可能实现其多功能化应用。如中国专利200510020865.5公开了一种在四针状氧化锌晶须表面原位合成纳米磁性粒子而得到磁性复合材料的方法。

聚苯胺作为目前研究最广泛的导电聚合物之一，在具备传统高分子材料密度小、容易制备、加工性能好等特点的同时，又具备一些独特的物理化学性质，特别是可以通过掺杂控制其分子结构、导电率和颜色的特点，而成为智能高分子材料的研发重点。由于聚苯胺需要在强酸性条件下通过引发苯胺聚合得到，而该条件往往会破坏氧化锌的结构甚至是发生反应而使其溶解。通过苯胺原位聚合制备氧化锌/聚苯胺复合材料至今未见有报道，更没有以四针状结构氧化锌晶须为核、导电聚合物为壳制备核-壳结构氧化锌晶须/聚苯胺复合材料的报道。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明目的在于提供一种原位合成工艺制备特殊核壳结构PANi/T-ZnOw复合材料的方法，在具有四针状结构的氧化锌晶须表面通过化学反应形成一层硅烷偶联剂分子；然后在其表面发生聚苯胺的原位聚合而得到聚苯胺包覆的四针状氧化锌晶须；通过对T-ZnOw表面聚苯胺的掺杂，得到电导率在10^-6～10³S/cm之间控制和调节的PANi/T-ZnOw复合材料。

本发明的目的是这样实现的：

一种四针状氧化锌晶须T-ZnOw表面原位合成导电聚苯胺PANi的方法，包含以下步骤：

(a).将四针状氧化锌晶须T-ZnOw于100-140℃干燥后分散到无水乙醇溶液中，加入硅烷偶联剂，搅拌0.5-3h后升温至70-95℃，恒温搅拌回流8-12h；反应结束后，过滤所得固体依次用无水乙醇和蒸馏水洗涤后置于40-100℃烘箱中恒温干燥10-24小时；

(b).上步骤所得产物分散到无水乙醇中，加入苯胺单体，0.5mol/L盐酸溶液，在冰水浴中搅拌30min，并保持0-5℃；在搅拌状态下，通过滴加方式加入过硫酸铵和蒸馏水组成的溶液；维持0-5℃反应6-8h；反应产物经过滤和蒸馏水、丙酮洗涤后，在真空干燥箱内于60℃条件下干燥得到PANi包覆T-ZnOw产物；

c).(b)步骤得到的产物在PH＝0-2的盐酸溶液中室温条件下搅拌反应6-18h，过滤后在50℃下真空干燥8-48h，得到盐酸掺杂的导电PANi/T-ZnOw。

采用本发明的技术方案：首先在具有四针状结构的氧化锌晶须表面通过化学反应形成一层硅烷偶联剂分子，这一方面使T-ZnOw得到保护，提高其在苯胺发生聚合反应的酸性体系中的稳定性；另一方面使T-ZnOw表面由亲水状态变为亲油状态，有利于疏水亲油性的苯胺等有机聚合物单体在T-ZnOw表面附着。然后，在其表面发生苯胺的原位聚合而得到聚苯胺包覆的四针状氧化锌晶须。最后，通过对T-ZnOw表面原位合成的聚苯胺进行掺杂，得到电导率在10^-6～10³S/cm之间可控的PANi/T-ZnOw复合材料。

附图说明

图1为本发明的技术路线图

图2为本发明所用四针状氧化锌晶须的微观形貌；

图3为本发明实施例所得PANi/T-ZnOw复合材料微观形貌；

图4为比较例(不使用硅烷偶联剂改性)得到的PANi/T-ZnOw复合材料微观形貌

图5为本发明实施例得到的PANi/T-ZnOw复合材料傅立叶变换红外光谱；

图6为本发明实施例得到的PANi/T-ZnOw复合材料X射线衍射图谱。