[发明专利]一种快速制备导电聚合物薄膜聚氨酯/金的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种快速制备导电聚合物薄膜聚氨酯/金的方法。

背景技术

随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，高分辨率，大尺寸平面显示器，太阳能电池，节能红外反射膜，电致变色窗等广泛应用，对导电薄膜的需求愈来愈大。透明导电薄膜不但要求好的导电性，还要有优良的可见光透光性。从物理学的角度，物质的透光性和导电性是一对基本矛盾。为了使材料具有通常所述的导电性，就必须使其费米球的中心偏离动量空间原点，也就是说，按照能带理论在费米球及附近的能级分布很密集，被电子占据的能级和空能级之间不存在能隙。这样当有入射光进入时，很容易产生内光电效应，光由于激发电子失掉能量而衰减。所以，从透光性的角度不希望产生内光电效应，就要求禁带宽度必须大于光子能量。宽带透明导电氧化物半导体，要保持良好的可见光透光性，其等离子频率就要小于可见光频率，要保持一定的导电性就需要一定的载流子浓度，而等离子频率与载流子浓度成比例。透明导电膜的开发就是基于如何使二者更好的有机统一起来。

1977年A.J.Heeger、A.G.M acD iarm id和白川英树(H.Shirakawa)发现，聚乙炔薄膜经电子受体(I，AsF5等)掺杂后电导率增加了9个数量级,从10-6S/cm增加到103S/cm(他们为此共同获得2000年度诺贝尔化学奖)。这一发现打破了有机聚合物都是绝缘体的传统观念,开创了导电聚合物的研究领域,诱发了世界范围内导电聚合物的研究热潮。

自组装技术是一种自下而上、由小而大的制作方法，即从原子或分子级开始完整地构造器件。其定义为基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术。所以在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。这个过程不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加，而是一种整体的、复杂的协同作用。

目前，国内外制备导电薄膜的方法一般采用层层自组装，在合成后的导电效果都不是太理想，主要原因是：(1)层层自组装本身的实验限制，导电聚合物薄膜的大小一般只有3cm×3cm，且制备多层的导电聚合物薄膜所需周期较长；(2)在合成过程中，容易导致Au纳米粒子聚集在PU表面的某区域，从而影响导电率。故而这些原因都限制了PU/Au导电薄膜在工业生产上的应用；(3)在制备过程中，通过浸泡在氢氟酸溶液中获得导电聚合物薄膜，这在一定程度上造成了二次污染。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种快速制备导电聚合物薄膜聚氨酯/金的方法，采用层层自组装与喷涂相结合的方法，通过对所合成的导电薄膜PU/Au的分析表征以及导电率、拉伸性能的测试，该合成方法不仅有效地提高了Au纳米粒子在聚合物PU表面的分散程度，解决了传统合成导电薄膜PU/Au方法引起的薄膜导电率不高，薄膜表面不均一等不足，而且比使用传统方法合成的导电薄膜具有更高的导电率和拉伸性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种快速制备导电聚合物薄膜聚氨酯/金的方法，包括如下步骤：

步骤1，以特氟龙纸作为组装膜材料的基体；

步骤2，将定量的聚氨酯(PU)溶解于去离子水中，搅拌使PU溶解得到PU溶液；

步骤3，将氯金酸溶于去离子水中，加热搅拌，之后加入柠檬酸三钠，继续搅拌得到深红色的金粒子溶液，将该溶液抽滤、浓缩，得到金纳米粒子溶液；

步骤4，将PU溶液和纳米金粒子溶液分别加到塑料溶剂瓶，利用喷涂仪器将二者交替喷涂到基体上，进行导电聚合物薄膜的自组装制备；

步骤5，将自组装制备合成的样品在70℃的烘箱内干燥24小时。

所述PU溶液中，PU和去离子水的质量配比为3:7。

所述步骤3中，将0.15g氯金酸溶于800mL去离子水中，在60℃加热搅拌30分钟，之后加入0.01mol的柠檬酸三钠，继续搅拌20分钟得到深红色的金纳米粒子溶液。

所述步骤4中，首先向基体喷涂PU溶液，待PU沉积在基体表面后，再喷涂纳米金粒子溶液，在静电相互作用下，在基体表面上自组装形成一层薄膜，然后再次依次喷涂PU溶液和纳米金粒子溶液，如此交替喷涂，最终实现所需层数的导电聚合物薄膜的自组装制备。

所述步骤4中，喷涂仪器包括喷枪、喷杯以及基体平台，喷枪和喷杯均至少有2个，分别用于喷涂和储存PU溶液和纳米金粒子溶液，喷涂时喷枪的喷嘴距离基体1.6cm。