[发明专利]一种大气环境下长时间稳定存在的聚苯胺单晶薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子半导体单晶薄膜材料的制备方法，具体地说，涉及一种大气环境下长时间稳定存在聚苯胺单晶薄膜材料的制备方法。

背景技术

π-π共轭结构的聚苯胺不仅具有塑料的密度，又具有塑料的可加工性和金属的导电性等，同时还具备了金属和塑料所欠缺的电化学和化学性能,凭借其卓越的性能在锂离子电池、燃料电池、超级电容器、太阳能电池、光催化、隐身材料、防腐材料、抗静电等诸多热点领域中都有着巨大的应用前景。

聚苯胺材料虽然化学稳定性较好,但是作为电子器件对于环境耐受性差仍制约着整个电池或器件的寿命，如果能解决这一难题无疑将会有效促进新能源技术的快速发展。

目前掺杂方法主要有三大类：(一)是乳液聚合法，(二)是界面合成法，即是采用在有机相和水相界面处发生聚合反应。(三)本体聚合法。以上的三种方法可以制备普通的聚苯胺材料，但是对于制备电子工业急需的一种大气环境下长时间稳定存在导电聚苯胺单晶薄膜材料却无能为力。所以制备超稳定的导电聚苯胺晶体材料无论对于电子工业的电子器件的稳定性和可靠性，还是高分子半导体的全面工业化前景都有着重大的意义。

发明内容

为了解决目前聚苯胺材料大气环境下稳定性较弱的缺点，提供一种工艺简单、环境污染小、产率高、易于实现工业化生产，而且产物结晶较好、电导率较高的导电聚苯胺单晶薄膜制备方法。

技术方案：

本发明所述的一种大气环境下长时间稳定存在导电聚苯胺单晶薄膜材料的制备方法，是将一定量苯胺单体和有水和有机质子酸混合均匀，然后在硅基片上电化学聚合成膜，最后放置在非极性有机溶剂中缓慢外延生长，其主要步骤如下：

首先将定量的苯胺和去离子水中所用的水，混合0.01-3N有机质子酸和水混合溶剂置于反应器中充分搅拌，，然后在硅基片上1-100mA电化学聚合1-24小时成膜，最后放置在非极性有机溶剂中缓慢外延生长1-12月，将得到的物质洗涤即可得到大气环境下长时间稳定存在导电聚苯胺单晶薄膜。

其中：所述有机质子酸是十八酸、酒石酸、硫酸、盐酸、硝酸、柠檬酸、苯甲酸、樟脑磺酸、冰乙酸；所述有机溶剂是丙酮、甲酚、己烷、辛烷、苯、甲苯、四氯化碳、乙醇、甲醇、环己烷。

具体实施方式：

大气环境下长时间稳定存在导电聚苯胺晶体材料的制备。首先，将苯胺单体、去离子水、有机酸置于电解槽中进行电化学聚合，温度为-10℃-80℃,聚合反应时间为1-24小时，停止反应后，硅基片上形成聚苯胺薄膜。最后，放置在有机溶剂中缓慢外延生长1-12月，将得到的物质洗涤即可得到大气环境下长时间稳定存在导电聚苯胺单晶薄膜。其中：所述有机溶剂是丙酮、甲酚、己烷、辛烷、苯、甲苯、四氯化碳、乙醇、甲醇、环己烷；所述有机质子酸是柠檬酸、苯甲酸、樟脑磺酸、冰乙酸；苯胺浓度为0.1-2N，有机质子酸的浓度为0.1-3N。

本发明与现有技术相比有以下几个优点：(一)本发明方法采用电化学聚合，可以自由控制电流强度、反应时间、硅基片的大小，为不同尺寸的和聚苯胺薄膜，在-10℃-80℃温度下缓慢聚合，所得聚苯胺成膜性好。(二)采用二次有机溶剂中缓慢外延生长制备的聚苯胺单晶薄膜，其大气环境稳定性、电导率、结晶度均优于现有技术所制得的产物，具体性能数据见表1.

表1.

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但其并不影响本发明的保护范围：

实施例1

(1)将1克苯胺单体、0-50ml去离子水、0-50ml樟脑磺酸和置于三口烧瓶中，搅拌均匀，置于电解槽中进行电化学聚合，温度为-10℃-80℃,聚合反应时间为1-24小时，停止反应后，硅基片上形成一层聚苯胺薄膜，产率为38.22％。(2)将得到的聚苯胺薄膜放置在0-50ml苯中静置1-12月，得到的物质洗涤即得大气环境下长时间稳定存在导电聚苯胺单晶薄膜。四探针法测试得到其电导率为101.81S/cm，用XRD测试其结晶情况，算得其结晶度大于92.65％。