[发明专利]一种制备C60纤维及其聚合物复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及富勒烯类一维碳纳米材料领域，特别是C60纤维(C60F)及其聚合物复合材料的制备方法。

背景技术

本发明所用的富勒烯C60是一种碳元素的新的同分异构体，其独特的球形结构使之有一些独特的性能，比如C60具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，很容易直接与富电子基团发生电荷转移反应，有非线性光学效应，掺杂碱金属后有超导性，毒性低且能抑制细菌增殖并使HIV病毒失活，还可进行卤化、氯化、加成等多种化学反应，在高温、高压下或紫外光、γ-射线辐照下可以聚合。独特的性能使C60在光电、超导体、非线性光学材料、医药治疗、显示器、传感器、光伏材料和微反应器等诸多领域有很大的应用前景。

C60的独特结构和性能引起了科学家对其进行一维超分子结构设计的极大兴趣。利用液-液界面沉淀、缓慢挥发溶剂等方法使C60组装为晶须、纳米棒、纳米管、微米管和纳米线等一维高级结构正在成为C60研究领域的一个热点课题。研究表明C60纳米晶须和C60纳米管等可被用作场效应晶体管、合成模板、光学器件、微机电系统部件、光悬臂梁和催化剂载体等。

将C60与聚合物复合可以赋予聚合物材料新的性能，这对于开发新型有机功能材料具有重要理论和实际意义。研究表明，C60独特的三维共轭结构和小的重组能使之成为一种很好的电子受体，且受到光的激发后C60接受电子的能力更强。C60作为电子受体参与电子转移反应时，能快速实现电荷分离并有效抑制电荷复合，因此C60作为电子受体与聚噻吩、聚3-烷基噻吩(P3AT)、聚对苯撑乙炔(PPV)及其衍生物聚2-甲氧基-5-(2-己基己氧基)-1，4-对苯撑乙炔(MEH-PPV)等半导体聚合物复合可以提高光伏器件的电荷分离和能量转换效率，C60也会影响聚合物的热稳定性、玻璃化转变温度和结晶性能等其他性能。

目前，直接将C60的一维组装体与聚合物复合的研究报道很少。原因之一是文献中所得到的C60一维组装体中C60是通过范德华力等非共价键作用结合在一起的，如果再将之通过溶液法或熔融法与聚合物共混则很容易破坏其一维结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备C60纤维及其与聚合物复合的方法。

本发明的目的是通过如下原理实现的：将适量聚合物(如左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)、消旋聚乳酸(PDLLA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚3-丁基噻吩(P3BT)、聚3-己基噻吩(P3HT)、聚3-辛基噻吩(P3OT))、聚对苯撑乙炔(PPV)及聚2-甲氧基-5-(2-己基己氧基)-1，4-对苯撑乙炔(MEH-PPV)等)和C60分别溶于适量溶剂(如氯仿、二氯甲烷、四氯化碳、苯、氯苯、二氯苯、甲苯、二甲苯、二氯甲苯等)中制成一定浓度的溶液，在超声波的作用下将两种溶液按照适当的比例混合均匀，在固定的湿度条件下控制温度和溶剂挥发速度等实验参数使C60在聚合物成膜过程中组装为C60纤维(C60F)，将复合物真空干燥可得到C60F/聚合物的复合材料。

本发明所用方法的特征在于C60F的制备是在聚合物成膜过程中实现的，并且在C60F形成的同时也实现了其与聚合物的原位复合，不会破坏C60F的一维结构，更有利于实现C60F对聚合物的改性。

本发明中，聚合物的分子量、结构、结晶性能及其在溶液中的浓度，以及C60在溶液中的浓度都会影响聚合物成膜过程中C60F的形成、生长和形貌结构。

具体实施方式

本发明用下列实施例来说明本发明的特征，但本发明的保护范围并非限于下列实施例。

实施例1

将0.01克左旋聚乳酸(PLLA)和0.001克C60分别溶于20ml氯仿中制成溶液，在100W功率的超声波震荡作用下将两种溶液按照1∶1的体积比混合均匀，在相对湿度为60％RH、温度为23℃的条件下，控制溶剂挥发速度等实验参数使C60在PLLA成膜过程中组装为毫米级长度的C60F，将复合物真空干燥可得到C60F/PLLA的复合材料。

实施例2

将0.1克左旋聚乳酸(PLLA)和0.03克C60分别溶于20ml氯仿中制成溶液，在100W功率的超声波震荡作用下将两种溶液按照1∶1的体积比混合均匀，在相对湿度为60％RH、温度为23℃的条件下，控制溶剂挥发速度等实验参数使C60在PLLA成膜过程中组装为毫米级长度的C60F，将复合物真空干燥可得到C60F/PLLA的复合材料。

实施例3