[发明专利]一种导电聚合物复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子功能材料技术领域，涉及导电聚合物复合薄膜的制备方法。

背景技术

导电聚合物材料如聚苯胺，聚吡咯以及聚噻吩等具有良好的导电性和电化学性能，被广泛应用在很多有机器件中。尤其导电聚合物制备的电化学电容器具有成本低、容量高、充放电时间短、环境友好和安全性高等优点。石墨烯和碳纳米管这些具有独特结构的碳材料，以其优异的电学、热学和力学性能，使其广泛应用在高性能电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量储存等领域。在导电聚合物中加入导电纳米粒子（如：石墨烯、碳纳米管等），利用这些纳米粒子的大比表面积和高的电导率等特性可以提高或扩展这些器件的性能，因此，使用导电纳米粒子对导电聚合物材料进行复合从而提高其性能是一个热的研究方向。

目前聚合物复合材料的制备方法大都用熔融共混法、原位聚合法、溶液混合法、乳液混合法及电化学沉积法。其中，涉及到的专利申请有一种导电聚苯胺-石墨烯复合物的合成方法（公开号：CN1011985517A）；一种石墨烯/导电聚合物复合材料及其制备方法（公开号：CN102220027A）；碳纳米管/导电聚合物复合材料的制备方法（公开号：CN101654555A）；碳纳米管/过氧化聚吡咯复合修饰电极的制备方法及应用（公开号：CN121149353A）。电化学聚合生成的薄膜工艺复杂；原位聚合生成的导电聚合物复合薄膜可控性差，稳定性不高；单纯用气相沉积法制备的导电聚合物复合薄膜虽稳定性好，但聚合物与纳米粒子的比表面积得不到充分利用，所得的膜比容量小。

发明内容

本发明提供一种导电聚合物复合薄膜的制备方法，充分结合气相沉积、原位聚合和旋涂工艺各自制备薄膜的优点，能够制备出均匀性好、比容量大、稳定性高的复合薄膜，所制备的复合薄膜可在电池、传感器以及电化学电容器方面具有良好的用途。

本发明技术方案如下：

一种导电聚合物复合薄膜电的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：配制甲基苯磺酸铁（Fe(OTs)₃）有机溶液。以甲基苯磺酸铁（Fe(OTs)₃）为溶质，乙醇、异丙醇或正丁醇为溶剂，配制质量浓度为20%～30%的溶液。

步骤2：将步骤1所配制的甲基苯磺酸铁有机溶液旋涂于清洁的基片（ITO基片或金属基片）表面，然后干燥使得乙醇、异丙醇或正丁醇有机溶剂挥发。

步骤3：气相沉积导电聚合物薄膜A。将步骤2处理后的基片置于导电聚合物单体气氛中，室温下放置4～6小时，使得基片表面在甲基苯磺酸铁的氧化作用下生成一层导电聚合物薄膜A，然后干燥去除残留有机溶剂。其中导电聚合物单体为苯胺单体、吡咯单体或噻吩单体。

步骤4：配制原位聚合的混合液。采用步骤1所配制的甲基苯磺酸铁（Fe(OTs)₃）有机溶液，加入导电纳米粒子（石墨烯或碳纳米管）后超声分散，再加入导电聚合物单体（苯胺单体、吡咯单体或噻吩单体），超声作用下反应2～4小时，得到原位聚合的混合液。其中导电纳米粒子的添加量为甲基苯磺酸铁（Fe(OTs)₃）有机溶液质量的0.1%～1%，甲基苯磺酸铁（Fe(OTs)₃）有机溶液与导电聚合物单体体积比为5～7:8～12。

步骤5：将步骤4配制的原位聚合的混合液旋涂于导电聚合物薄膜A表面，然后干燥去除有机溶剂，在导电聚合物薄膜A表面得到导电纳米粒子掺杂的导电聚合物薄膜B，最终得到导电聚合物薄膜A与导电纳米粒子掺杂的导电聚合物薄膜B相复合的导电聚合物复合薄膜。

需要说明的是，上述技术方案中：

1、步骤1配制甲基苯磺酸铁（Fe(OTs)₃）有机溶液时，可加入相当于甲基苯磺酸铁（Fe(OTs)₃）有机溶液质量的0.01%～0.1%的导电纳米粒子（石墨烯或碳纳米管），以提高步骤3气相沉积的导电聚合物薄膜A的导电性。但若步骤1配制甲基苯磺酸铁（Fe(OTs)₃）有机溶液时加入了导电纳米粒子，步骤4配制原位聚合的混合液时，需要适当减少导电纳米粒子的加入量，使得整个导电纳米粒子的添加量控制在未添加导电纳米粒子的甲基苯磺酸铁（Fe(OTs)₃）有机溶液质量的0.1%～1%范围内。

2、步骤4配制原位聚合的混合液时，需在超声作用下进行，利用超声的空化效应使化学聚合时不同的反应空间产生聚合速度差异而产生的多孔结构，以增大导电聚合物薄膜B的比表面积。