[发明专利]导电聚合物薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种导电聚合物薄膜及其制备方法。

背景技术

导电聚合物具有金属或半导体的电子特性、易于加工的优点和聚合物所特有的力学性质，因此是集诸多特异性能于一身的高分子材料。这些特异性能的组合使得导电聚合物成为一种特殊的材料，因而备受科学研究者的青睐。常见的导电聚合物有：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。导电聚合物纳米材料在许多技术应用领域都表现了突出的优点：高电导率、高比表面积、电荷传输路径短等，这些特殊性能来源于其纳米尺寸。概括来讲，特殊结构导电聚合物的合成方法主要分为两类：模板法和无模板法。

模板法是制备导电高分子材料和导电高分子复合材料的重要方法。模板根据其种类的不同可分为软模板(如表面活性剂、液晶分子等)和硬模板(如氧化铝多孔膜)，也可分为无机物模板(如SiO₂、半导体氧化物、纳米金属粒子等)和有机物模板(如多孔聚碳酸酯膜等)。结合氧化聚合反应、现场掺杂聚合反应、电化学反应、乳液聚合等方法可制备各种形貌的导电高分子材料。采用模板法的优点是产物大小可以通过模板尺寸来控制；缺点是制备工序复杂、需要繁琐的清除模板的后处理工作，难以实现批量生产，此外有些模板价格较昂贵。

无模板法就是在没有外界模板的帮助下通过采用特定的实验条件直接获得导电高分子，该方法具有简单易行、无需表面活性剂和模板后处理、产量高等优点，但也存在一定的缺点，如样品形貌和尺寸比较难控制，电导率低等。专利CN102020845A公开了一种导电聚苯胺聚吡咯复合膜的制法，即采用无模板的电化学方法在液液界面间得到导电复合膜，但对于亲水性的单体，如苯胺，却无法采用该法得到单一的聚苯胺薄膜。专利CN101735468A公开了一种自支持导电聚合物薄膜的制法，但该方法需要用到成本较高的离子液体，于经济效益上不合算。

鉴于现有的模板法和无模板法存在的不足，迫切需要一种更好的制备方法的来替代现有的技术。

发明内容

本发明旨在提供一种导电聚合物薄膜及其制备方法，以解决现有技术中存在的导电聚合物薄膜的电导率低、样品形貌和尺寸难控制及制备复杂的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种导电聚合物薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)将待聚单体溶于有机溶剂中，得到溶液A；2)将氧化剂溶于水中，得到混合溶液B；3)将溶液A与溶液B混合得到混合物C，将混合物C冷冻形成晶体界面，待聚单体在晶体界面聚合，得到导电聚合物薄膜。

进一步地，在将溶液A与溶液B混合之前，将溶液B冷冻。

进一步地，在步骤2)中，向溶液B中加入掺杂剂。

进一步地，掺杂剂为酸类、表面活性剂类、染料类、环糊精及其衍生物类组成的组中的一种或多种。酸类选自盐酸、对甲苯磺酸、高氯酸、十二烷基苯磺酸、β-萘磺酸、5-丁基萘磺酸、樟脑磺酸、蒽醌磺酸组成的组中的一种或多种。

进一步地，掺杂剂与待聚单体的摩尔比为(0∶1)～(10∶1)。

进一步地，待聚单体为苯胺、吡咯、和噻吩及其衍生物组成的组中的一种或多种；有机溶剂为苯、环己烷、对二甲苯、和1，4-二氧六环组成的组中的一种或多种；溶液A中待聚单体的浓度为0.014mol/L～2.42mol/L。

进一步地，氧化剂为三价铁的化合物、过硫酸盐、过氧化物、过渡金属盐类和硝酸盐类组成的组中的一种或多种；其中三价铁的化合物为氯化铁；过硫酸盐为过硫酸铵。

进一步地，溶液C中氧化剂与单体的摩尔比为(10∶1)～(1∶10)。

根据本发明的另一方面，提供了一种导电聚合物薄膜，由上述任一项的制备方法制备而成。

进一步地，导电聚合物薄膜的电导率为50～3000S/cm。

本发明的有益效果：

(1)采用溶剂晶体为模板，只需融化就可将模板去除，简化了去除模板的复杂程序；

(2)可以通过改变单体浓度、反应时间以及冷冻温度有效地控制薄膜厚度和形貌，通过改变掺杂剂种类或用量有效调控电导率的高低，具有优异的可控性及大范围的适用性；

(3)本技术制备方法简便，原料价格低廉，具有巨大的经济效益潜力；

(4)通过本发明的技术方案制备出的导电聚合物薄膜具有大面积产出、较好的柔韧性等优点，方便大规模生产，在光学、电子产业等领域具有诱人的应用前景。

附图说明