專利名稱：具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有電場響應的光子學薄膜領域，是一種具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法。
背景技術：
聚苯胺在導電高分子中是導電率較高的一種，同時聚苯胺(PANI)具有易于合成、原料價廉、耐高溫及電導率的環(huán)境可調、可氧化還原等特性，一直是導電高分子家族中研究的熱點。目前合成方法主要有:水溶液化學氧化聚合法、乳液聚合法、微乳液聚合法和電化學聚合法。然而得到的聚苯胺的溶解性差，難以加工成型，需要對其進行改性。聚氨酯(PU)是由多異氰酸酯與聚醚多元醇或聚酯多元醇等原料制備而成的聚合物，具有質輕、強度大、機械性能好、耐沖擊等優(yōu)點。聚苯胺與聚氨酯的復合材料具有分子級的協(xié)同效應和結構上的互補效應，具有廣泛的應用前景。中國專利公開(公告)號:CN 101319052A.公開了本發(fā)明人，名稱為“兩性共聚物輔助溶劑散逸制備光子學薄膜的方法及裝置”的專利申請，該方法具有合成過程簡單，造價低，可獲得理想的光子學結構，但該方法難于制備氫鍵較強的聚合物的光子學薄膜。迄今為止，未見有關具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法的文獻報道和聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的實際應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法，其方法科學、合理；制備的具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜能夠隨電場強度的變化，使其光學性質隨之變化，以實現(xiàn)電信號轉換為光信號。本發(fā)明的目的是由以下技術方案來`實現(xiàn)的:一種具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法，其特征是，它包括以下步驟:
1)具有納米結構的聚苯胺/聚氨酯復合材料的制備
按苯胺、聚氨酯、鹽酸、過硫酸銨、四氫呋喃和有機溶劑，其中，苯胺、過硫酸銨、鹽酸的摩爾比為6 4:1:10，鹽酸濃度為2mol/L，苯胺與聚氨酯的質量比為10:5 3 ;苯胺的有機溶液濃度為0.36、.55g/ml，聚氨酯的四氫呋喃溶液濃度為0.04Γ0.102g/ml備料，將所述苯胺溶于有機溶劑后，再與溶有聚氨酯的四氫呋喃溶液混合均勻作為有機相；所述過硫酸銨溶于鹽酸的水溶液作為水相，將有機相與水相置入燒杯中，反應24h后，分離水相，用去離子水和無水乙醇洗滌至濾液無色，將懸浮物在50-70°C下烘干8-10h，得到聚苯胺/聚氨酯納米復合材料；
2)聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備
按聚苯胺/聚氨酯、聚乙二醇、聚苯乙烯、聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸和有機溶劑，聚苯胺/聚氨酯、聚乙二醇、聚苯乙烯和聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸的有機溶液濃度為2 3g/L，其中，聚苯胺/聚氨酯的有機溶液濃度為1.2 2.88g/L，聚乙二醇、聚苯乙烯和聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸的質量比為1:1:2備料，采用溶劑散逸法，且使用溶劑散逸裝置，將聚苯胺/聚氨酯、聚乙二醇、聚苯乙烯和聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸溶解在有機溶劑中，取3-10ml的上述溶液移至平底容器中，調節(jié)倒置錐形漏斗式汽水分布器口與平底容器中液面之間距離為2.0-3.0cm，啟動氣泵對容器中的水進行曝氣，其水量為4.5-5.5L/h，經(jīng)18-22分鐘溶劑和水汽蒸發(fā)，得到表面排列有序的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜。步驟I)所述的有機溶劑是四氯化碳、甲苯、苯和二硫化碳的任意一種。步驟I)所述制得的聚苯胺/聚氨酯納米復合材料的粒徑在20(T300nm之間。步驟2)所述的有機溶劑為四氫呋喃、氯仿和丙酮的任意一種。步驟2)所述聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的微孔尺寸在4 μ πΓ5 μ m之間。所述聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜在通電電壓30v時，光子學薄膜發(fā)生收縮；通電30min時其收縮率為7.16% 11.65%。同時光子學薄膜在激光照射下產(chǎn)生的衍射光環(huán)直徑隨之變化，實現(xiàn)了電信號向光信號的轉化。本發(fā)明的具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法采用聚苯胺/聚氨酯，通過添加輔助溶劑，利用溶劑散逸法制備了聚苯胺/聚氨酯的光子學薄膜，這種表面整齊有序的光子學薄膜能將平行激光束衍射成清晰可見的同心圓；將聚苯胺/聚氨酯納米復合物制備成彈性光子學薄膜，其尺寸可隨電場強度發(fā)生變化，光學性質也會隨之變化，可實現(xiàn)電信號向光信號的轉換；本發(fā)明得到納米尺寸的聚苯胺/聚氨酯復合材料既具有聚苯胺良好的導電性，又具有聚氨酯的機械性能。本發(fā)明的具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法的進一步優(yōu)點體現(xiàn)在:
1、方法科學、合理，成本低，操作方便；
2、制備的聚苯胺/聚氨酯納米復合顆?？扇苡谒臍溥秽⒙确?、丙酮等有機溶劑，并能均勻分散于水中，并長期保持；
3、通過溶劑散逸法制備的表面有序的光子學薄膜尺寸易于控制，在激光照射下可產(chǎn)生衍射光環(huán)；
4、制備的具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜能夠隨電場強度的變化，使其光學性質隨之變化，實現(xiàn)了電信號轉換為光信號。


圖1為本發(fā)明的聚苯胺/聚氨酯納米復合材料的SEM 圖2為本發(fā)明的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的SEM 圖3為為本發(fā)明的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的衍射光環(huán) 圖4為溶劑散逸裝置結構示意圖。圖中:I容器，2空氣入口導管，3汽水導管，4倒置錐形漏斗式汽水分布器，5平底容器，6固定架，7夾件。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。本發(fā)明的具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法，包括以下步驟:
1)具有納米結構的聚苯胺/聚氨酯復合材料的制備
按苯胺、聚氨酯、鹽酸、過硫酸銨、四氫呋喃和有機溶劑，其中，苯胺、過硫酸銨、鹽酸的摩爾比為6 4:1:10，鹽酸濃度為2mol/L，苯胺與聚氨酯的質量比為10:5 3 ;苯胺的有機溶液濃度為0.36、.55g/ml，聚氨酯的四氫呋喃溶液濃度為0.04Γ0.102g/ml備料，將所述苯胺溶于有機溶劑后，再與溶有聚氨酯的四氫呋喃溶液混合均勻作為有機相；所述過硫酸銨溶于鹽酸的水溶液作為水相，將有機相與水相置入燒杯中，反應24h后，分離水相，用去離子水和無水乙醇洗滌至濾液無色，將懸浮物在50-70°C下烘干8-10h，得到聚苯胺/聚氨酯納米復合材料；
2)聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備
按聚苯胺/聚氨酯、聚乙二醇、聚苯乙烯、聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸和有機溶劑，聚苯胺/聚氨酯、聚乙二醇、聚苯乙烯和聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸的有機溶液濃度為2 3g/L，其中，聚苯胺/聚氨酯的有機溶液濃度為1.2 2.88g/L，聚乙二醇、聚苯乙烯和聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸的質量比為1:1:2備料，采用溶劑散逸法，且使用溶劑散逸裝置，將聚苯胺/聚氨酯、聚乙二醇、聚苯乙烯和聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸溶解在有機溶劑中，取3-10ml的上述溶液移至平底容器中，調節(jié)倒置錐形漏斗式汽水分布器口與平底容器中液面之間距離為2.0-3.0cm，啟動氣泵對容器中的水進行曝氣，其水量為4.5-5.5L/h，經(jīng)18-22分鐘溶劑和水汽蒸發(fā)，得到表面排列有序的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜。步驟I)所述的有機溶劑是四氯化碳、甲苯、苯和二硫化碳的任意一種。步驟I)所述制得的聚苯胺/聚氨酯納米復合材料的粒徑在20(T300nm之間。步驟2)所述的有機溶 劑為四氫呋喃、氯仿和丙酮的任意一種。步驟2)所述聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的微孔尺寸在4 μ πΓ5 μ m之間。所述聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜在通電電壓30v時，光子學薄膜發(fā)生收縮；通電30min時其收縮率為7.16% 11.65%,。同時光子學薄膜在激光照射下產(chǎn)生的衍射光環(huán)直徑隨之變化，實現(xiàn)了電信號向光信號的轉化。參照圖4，采用溶劑散逸法所需的溶劑散逸裝置是中國專利公開(公告)號:CN101319052A中公開的溶劑散逸裝置，它的結構是:包括盛水的容器1、空氣入口導管2、汽水導管3、倒置錐形漏斗式汽水分布器4、平底容器5，所述的空氣入口導管2 —端與氣泵相連，另一端插入盛水的容器I中，并與汽水導管3 —端的球形部分相連，所述的汽水導管3的另一端與倒置錐形漏斗式汽水分布器4相連，所述的倒置錐形漏斗式汽水分布器4通過夾件7固定在固定架6上。實施例1:
參照圖4，將3ml苯胺溶于6.6ml CCl4溶劑，與溶有1.2g聚氨酯的18ml四氫呋喃溶液混合均勻；將1.5g的過硫酸銨溶于30ml 2mol/L的HCL溶液中；將有機相與水相移入燒杯中。靜置反應24h后，分離水相，用去離子水和無水乙醇洗滌至濾液無色，將懸浮物在真空干燥箱中60°C下烘干10h，得到聚苯胺/聚氨酯納米復合材料見圖1 ;取0.06g聚苯胺/聚氨酯、0.0lg聚乙二醇、0.0lg聚苯乙烯、0.02g聚十二燒基丙烯酰胺丙烯酸,溶于50ml氯仿中，配置成2.0g/L的混合溶液；取上述溶液3ml移至溶劑散逸裝置的平底容器5中，調節(jié)倒置錐形漏斗式汽水分布器4的漏斗口與平底容器5中液面之間距離為3.0cm高。啟動氣泵對容器I中的水進行曝氣，其水汽通過連接容器與倒置錐形漏斗式汽水分布器4的汽水導管3，呈微小水珠噴至平底容器5中的有機溶劑表面，其水量為4.5L/h，經(jīng)18-22分鐘的溶劑和水汽蒸發(fā)，得到表面排列有序的光子學薄膜見圖2和圖3。實施例2:
參照圖4，將3.6ml苯胺溶于6.6ml CCl4溶劑，與溶有1.84g聚氨酯的18ml四氫呋喃溶液混合均勻；將1.5g的過硫酸銨溶于30ml 2mol/L的HCL溶液中；將有機相與水相移入燒杯中。靜置反應24h后，分離水相，用去離子水和無水乙醇洗滌至濾液無色，將懸浮物在真空干燥箱中50°C下烘干9h得到聚苯胺/聚氨酯納米復合材料見圖1 ;取0.1Og聚苯胺/聚氨酯、0.00625g聚乙二醇、0.00625g聚苯乙烯、0.0125g聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸，溶于50ml氯仿中，配置成2.5g/L的混合溶液；取上述溶液5ml移至溶劑散逸裝置的平底容器5中，調節(jié)倒置錐形漏斗式汽水分布器4的漏斗口與平底容器5中液面之間距離為2.5cm高。啟動氣泵對容器I中的水進行曝氣，其水汽通過連接容器與倒置錐形漏斗式汽水分布器4的汽水導管3，呈微小水珠噴至平底容器5中的有機溶劑表面，其水量為5L/h，經(jīng)18-22分鐘的溶劑和水汽蒸發(fā)，得到表面排列有序的光子學薄膜見圖2和圖3。實施例3:
參照圖4，將2.4ml苯胺溶于6.6ml CCl4溶劑，與溶有0.74g聚氨酯的18ml四氫呋喃溶液混合均勻；將1.5g的過硫酸銨溶于30ml 2mol/L的HCL溶液中；將有機相與水相小心地移入燒杯中。靜置反應24h后，分離水相，用去離子水和無水乙醇洗滌至濾液無色，將懸浮物在真空干燥箱中70°C下烘干8h得到聚苯胺/聚氨酯納米復合材料見圖1 ;取0.144g聚苯胺/聚氨酯、0.0015g聚乙二醇、0.0015g聚苯乙烯、0.003g聚十二燒基丙烯酰胺丙烯酸，溶于50ml氯仿中，配置成3.0g/L的混合溶液；取上述溶液7ml移至溶劑散逸裝置的平底容器5中，調節(jié)倒置錐形漏斗式汽水分布器4的漏斗口與平底容器5中液面之間距離為
2.0cm高。啟動氣泵對容器I中的水進行曝氣，`其水汽通過連接容器與倒置錐形漏斗式汽水分布器4的汽水導管3，呈微小水珠噴至平底容器5中的有機溶劑表面，其水量為5.5L/h，經(jīng)18-22分鐘的溶劑和水汽蒸發(fā)，得到表面排列有序的光子學薄膜見圖2和圖3。實施例4
參照圖4，將3ml苯胺溶于6.6ml CCl4溶劑，與溶有1.2g聚氨酯的18ml四氫呋喃溶液混合均勻；將1.5g的過硫酸銨溶于30ml 2mol/L的HCL溶液中；將有機相與水相小心地移入燒杯中。靜置反應24h后，分離水相，用去離子水和無水乙醇洗滌至濾液無色，將懸浮物在真空干燥箱中50°C下烘干8h得到聚苯胺/聚氨酯納米復合材料見圖1 ;取0.06g聚苯胺/聚氨酯、0.0lg聚乙二醇、0.0lg聚苯乙烯、0.02g聚十二燒基丙烯酰胺丙烯酸,溶于50ml氯仿中，配置成2.0g/L的混合溶液；取上述溶液9ml移至溶劑散逸裝置的平底容器5中，調節(jié)倒置錐形漏斗式汽水分布器4的漏斗口與平底容器5中液面之間距離為2.5cm高。啟動氣泵對容器I中的水進行曝氣，其水汽通過連接容器與倒置錐形漏斗式汽水分布器4的汽水導管3，呈微小水珠噴至平底容器中的有機溶劑表面，其水量為5L/h，經(jīng)18-22分鐘的溶劑和水汽蒸發(fā)，得到表面排列有序的光子學薄膜見圖2和圖3。實施例5:
參照圖4，將3ml苯胺溶于6.6ml CCl4溶劑，與溶有1.2g聚氨酯的18ml四氫呋喃溶液混合均勻；將1.5g的過硫酸銨溶于30ml 2mol/L的HCL溶液中；將有機相與水相小心地移入燒杯中。靜置反應24h后，分離水相，用去離子水和無水乙醇洗滌至濾液無色，將懸浮物在真空干燥箱中70°C下烘干9h得到聚苯胺/聚氨酯納米復合材料見圖1 ;取0.06g聚苯胺/聚氨酯、0.0lg聚乙二醇、0.0lg聚苯乙烯、0.02g聚十二燒基丙烯酰胺丙烯酸,溶于50ml氯仿中，配置成2.0g/L的混合溶液；取上述溶液IOml移至溶劑散逸裝置的平底容器5中，調節(jié)倒置錐形漏斗式汽水分布器4的漏斗口與平底容器5中液面之間距離為2.0cm高。啟動氣泵對容器I中的水進行曝氣，其水汽通過連接容器與倒置錐形漏斗式汽水分布器4的汽水導管3，呈微小水珠噴至平底容器5中的有機溶劑表面，其水量為5.5L/h，經(jīng)18-22分鐘的溶劑和水汽蒸發(fā)，得到表面排列有序的光子學薄膜見圖2和圖3。本發(fā)明的具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法給出的實施例為有限的實施例，但并非窮舉，本領域技術人員不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動的簡單復制和改進，應屬于本發(fā)明權利要求所保 護的范圍。
權利要求
1.一種具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法，其特征是，它包括以下步驟: 1)具有納米結構的聚苯胺/聚氨酯復合材料的制備 按苯胺、聚氨酯、鹽酸、過硫酸銨、四氫呋喃和有機溶劑，其中，苯胺、過硫酸銨、鹽酸的摩爾比為6 4:1:10，鹽酸濃度為2mol/L，苯胺與聚氨酯的質量比為10:5 3 ;苯胺的有機溶液濃度為0.36、.55g/ml，聚氨酯的四氫呋喃溶液濃度為0.04Γ0.102g/ml備料，將所述苯胺溶于有機溶劑后，再與溶有聚氨酯的四氫呋喃溶液混合均勻作為有機相；所述過硫酸銨溶于鹽酸的水溶液作為水相，將有機相與水相置入燒杯中，反應24h后，分離水相，用去離子水和無水乙醇洗滌至濾液無色，將懸浮物在50-70°C下烘干8-10h，得到聚苯胺/聚氨酯納米復合材料； 2)聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備 按聚苯胺/聚氨酯、聚乙二醇、聚苯乙烯、聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸和有機溶劑，聚苯胺/聚氨酯、聚乙二醇、聚苯乙烯和聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸的有機溶液濃度為2 3g/L，其中，聚苯胺/聚氨酯的有機溶液濃度為1.2 2.88g/L，聚乙二醇、聚苯乙烯和聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸的質量比為1:1:2備料，采用溶劑散逸法，且使用溶劑散逸裝置，將聚苯胺/聚氨酯、聚乙二醇、聚苯乙烯和聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸溶解在有機溶劑中，取3-10ml的上述溶液移至平底容器中，調節(jié)倒置錐形漏斗式汽水分布器口與平底容器中液面之間距離為2.0-3.0cm，啟動氣泵對容器中的水進行曝氣，其水量為4.5-5.5L/h，經(jīng)18-22分鐘溶劑和水汽蒸發(fā)，得到表面排列有序的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法，其特征是:步驟I)所述的有機溶劑是四氯化碳、甲苯、苯和二硫化碳的任意一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法，其特征是:步驟I)所述制得的聚苯 胺/聚氨酯納米復合材料的粒徑在20(T300nm之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法，其特征是:步驟2)所述的有機溶劑為四氫呋喃、氯仿和丙酮的任意一種。
5.根據(jù)權利要求1所述的具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法，其特征是:步驟2)所述聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的微孔尺寸在4 μ πΓ5 μ m之間。
6.根據(jù)權利要求1所述的具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法，其特征是:所述聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜在通電電壓30v時，光子學薄膜發(fā)生收縮；通電30min時其收縮率為7.16% 11.65%。
全文摘要
本發(fā)明是一種具有電場響應的聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜的制備方法，其特點是，包括采用苯胺、聚氨酯、鹽酸、過硫酸銨、四氫呋喃和有機溶劑制備具有納米結構的聚苯胺/聚氨酯復合材料；利用聚苯胺/聚氨酯、聚乙二醇、聚苯乙烯、聚十二烷基丙烯酰胺丙烯酸和有機溶劑制備聚苯胺/聚氨酯光子學薄膜。其方法科學、合理，成本低，操作方便；制備的聚苯胺/聚氨酯納米復合材料易溶于四氫呋喃、氯仿、丙酮等有機溶劑，并能均勻分散于水中，并長期保持；通過溶劑散逸法制備的表面有序的光子學薄膜尺寸易于控制，在激光照射下可產(chǎn)生衍射光環(huán)，能夠隨電場強度的變化，使其光學性質隨之變化，實現(xiàn)了電信號轉換為光信號。
文檔編號C08L75/04GK103183838SQ20131010321
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權日2013年3月28日
發(fā)明者賈若琨, 周詩宇 申請人:東北電力大學