[发明专利]一种聚吲哚/碳纳米管复合纳米纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚吲哚/碳纳米管(CNTs，含单壁与多壁(n＝2-20))通过高压静电进行纺丝成膜的制备方法，属于电活性材料的制备技术。

背景技术

近年来，随着人们对导电聚合物各种性能的深入研究，导电聚合物在二次电池、肖特基二极管、发光二极管及晶体管等方面有极大的应用前景。聚吲哚是一种含氮原子的杂环聚合物，其结构与：聚苯胺、聚吡咯非常相似，在性质上其具有热稳定性高、氧化-还原电位高等特点。聚吲哚可以通过阳极氧化吲哚单体合成聚吲哚，并发现它有非常优异的电化学性能；同时用电化学方法也能合成聚吲哚及其衍生物。作为导电聚合物，聚吲哚也具有一定的电活性特性，能够在电场的作用下产生应变。但颗粒状或膜状的聚吲哚，其电活性性能较差，难以满足实际应用需求。将聚吲哚制备成纳米纤维可以有效提高其比表面积，从而提升其电活性性能。

碳纳米管具有独特的结构，使其存在许多潜在的应用价值，在工程材料的纳米增强体、半导体材料、催化剂载体等方面均被人们寄予厚望。此外，碳纳米管具有良好的共轭体系，高的电子亲和能与离子化能，光稳定性较强，良好的光电性能和物理机械性能使其在改善聚合物材料光学、电学、力学、热学等方面拥有广泛的应用前景。随着碳纳米管制备技术的成熟与碳纳米管成本的不断降低，碳纳米管的应用研究越来越成为研究的重点。如果将碳纳米管与聚吲哚进行分子级复合，然后进行静电纺丝，则有望得到具有高电活性性能的电活性材料。

目前还没有涉及具有高电活性性能的聚吲哚/碳纳米管电活性材料的制备及性能方面的报道及专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚吲哚/碳纳米管复合纳米纤维膜的制备方法，以该方法制得材料具有高的电活性性能。

本发明是通过下述技术方案加以实现的。一种聚吲哚/碳纳米管复合纳米纤维膜的制备方法，该方法首先将碳纳米管进行酸化处理，使其表面带有羧基，再将其与溶解在乙腈中的聚吲哚进行超声混合，通过静电纺丝制备具有高电活性性能的复合纳米纤维膜，该方法其特征在于包括以下过程：

1)碳纳米管溶液制备：将单壁或多壁碳纳米管加入到按质量HNO₃/H₂SO₄为1∶1的混合酸中，配制成0.01-0.1g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流60-90min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60℃下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于乙腈中，超声分散制得浓度为5～15mg/mL碳纳米管溶液；

2)聚吲哚溶液制备：在室温下将分子量为5-10万的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成体积质量分数(g/L)为8～20％的溶液，磁力搅拌6h，获得透明浅黄色聚吲哚乙腈溶液。

3)复合溶液制备：将步骤1)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的聚吲哚乙腈溶液按照溶质的质量比0.06∶1～0.24∶1进行混合，并在在室温下超声分散2h；

4)复合纳米纤维膜的制：将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射泵上，据针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收。高压静电调节范围10～30kV，注射泵流速0.05～0.3mL/h，接收距离10～20cm。获得直接为80～200nm纤维膜。

本发明制备方法过程简单，所获得聚吲哚/碳纳米管复合纳米纤维膜具有电导率高、电活性性能好的优点。

具体实施方式

实施例1：

1)碳纳米管溶液制备：将4.0g单壁碳纳米管加入到200ml的HNO₃/H₂SO₄(1∶1)的混合酸中，配制成0.02g/mL的溶液，将溶液加热至沸腾状态下回流60min，过滤后用去离子水洗涤至弱酸性，在60℃下真空干燥24h，取一定量干燥后的碳纳米管分散于去离子水中，超声分散制得浓度为6.0mg/mL碳纳米管溶液；

2)聚吲哚溶液制备：在室温下将分子量为6万的聚吲哚溶解于乙腈中，配制成体积质量分数(g/L)为10％的溶液，磁力搅拌6h，获得透明浅黄色聚吲哚乙腈溶液；

3)复合溶液制备：将步骤1)获得的碳纳米管溶液与步骤2)获得的聚吲哚乙腈溶液按照溶质的质量比0.08∶1进行混合，并在在室温下超声分散2h；

4)复合纳米纤维膜的制：将步骤3)获得的复合溶液加入到注射器中，并将其固定在微量注射泵上，据针头一定距离处放置竖直接地的铝箔进行接收，高压静电调节范围30kV，注射泵流速0.05mL/h，接收距离20cm，获得直接为80～100nm纤维膜。

实施例2：