[发明专利]复合薄膜及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种复合薄膜及其制备方法和用途。采用熔融拉伸法制备取向的聚合物薄膜，然后采用该聚合物薄膜修饰电化学聚合的工作电极以形成修饰电极；将含碳纳米管与导电聚合物单体的电荷转移复合物在所述修饰电极上进行电化学聚合，采用循环伏安法形成含碳纳米管和导电聚合物的各向异性的复合薄膜；在所述电荷转移复合物中，以克计的碳纳米管的质量与以摩尔计的导电聚合物单体的摩尔量之比为2～8g:0.01～0.5mol。本发明可以获得各向异性的复合薄膜。

技术领域

本发明涉及一种复合薄膜及其制备方法和用途，尤其是一种高度各向异性的复合薄膜及其制备方法和用途。

背景技术

导电聚合物可以作为热电材料、气敏材料和电极材料，因而引起了人们的广泛关注。导电聚合物的低有序性和独特的导电机理导致其导电性仍与无机材料存在较大差距。人们尝试提高导电聚合物的导电性，采用的手段包括控制导电聚合物薄膜结构，将其与碳材料复合。

控制导电聚合物薄膜结构的方法包括机械作用法和基底诱导法。只有控制导电聚合物薄膜结构的高度有序(各向异性)才能达到高效的电荷传输，然而如何获得这种组织结构存在相当大的困难。目前，通常采用两步法获得各向异性的导电聚合物薄膜。先将有机小分子单体通过化学聚合或电化学聚合等手段进行聚合制备导电聚合物；然后将导电聚合物通过机械剪切、溶液提拉、熔融拉伸或者基底诱导等手段进行取向，制备导电聚合物薄膜。这样的制备工艺相对复杂。

目前，已经有一些将导电聚合物与碳材料进行复合的报道。CN101654784A公开了一种柔性碳纳米管透明导电薄膜材料的制备方法，将碳纳米管利用阴离子型表面活性剂在超声波作用下分散在水溶液中，离心后取上清液作为镀液，用氨水调节镀液为碱性；采用电沉积的方法将分散在镀液中的碳纳米管均匀的沉积在抛光的不锈钢电极表面上，得到均匀碳纳米管薄膜；将碳管薄膜转移到柔性的透明聚合物基片表面，构成柔性透明导电薄膜。CN108490051A公开了一种柔性微型自驱动常温气体传感器的制备方法，其中的气体传感器电极由圆形电极与平行电极组成，多壁碳纳米管/聚苯胺复合材料涂覆在平行电极之间。CN107591252A公开了一种柔性可裁剪固态超级电容器，以碳纳米管/聚苯胺复合膜为电极，该电极通过电化学沉积法在碳纳米管薄膜上沉积聚苯胺制备得到。上述方法均无法获得各向异性的碳纳米管/导电聚合物复合薄膜。

CN102780010A公开了一种导电复合物修饰碳基材料微生物燃料电池复合阳极的制备方法，将纯化的多壁碳纳米管放入电解质水溶液中，超声使碳纳米管分散于溶液中；再向其中加入3,4-乙烯二氧噻吩单体，制备分散良好的3,4-乙烯二氧噻吩/多壁碳纳米管悬浮溶液；利用循环伏安法将复合物电沉积在阳极表面；依次经真空干燥，去离子水冲洗及室温晾干后制得修饰阳极。上述方法由于未对工作电极进行表面修饰，因而依然无法获得各向异性的碳纳米管/聚苯胺复合薄膜。此外，由于多壁碳纳米管含量过高，不利于获得高取向度复合薄膜。

CN103451698A公开了一种高取向的导电高分子薄膜的制备方法，采用被高取向的聚合物薄膜修饰的电极进行电化学聚合得到高取向的导电高分子薄膜。但是，该专利文献并没有教导采用该方法可以获得各向异性的碳纳米管/导电聚合物复合薄膜。由于碳纳米管本身的导电性及其对电解质溶液性质的影响，导致电化学聚合体系发生显著变化，采用上述方法获得各向异性的碳纳米管/导电聚合物复合薄膜依然存在许多需要克服的困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种复合薄膜的制备方法，其可以获得各向异性的碳纳米管/导电聚合物复合薄膜。进一步地，本发明的方法可以获得高度取向的碳纳米管/导电聚合物复合薄膜。本发明另一个目的在于提供一种复合薄膜，其具有较高的各向异性。本发明的再一个目的在于提供上述复合薄膜的用途。

一方面，本发明提供一种复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

采用熔融拉伸法制备取向的聚合物薄膜，然后采用该聚合物薄膜修饰电化学聚合的工作电极以形成修饰电极；