導(dǎo)電聚合物薄膜的制法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新穎、簡單的制備自支持導(dǎo)電聚合物薄膜及其復(fù)合膜的方法，屬于材料制備技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)電聚合物由于具有較高的導(dǎo)電率、穩(wěn)定性、易于摻雜以及特殊的光、電、聲等方面的性質(zhì)，在傳感器、太陽能電池、電極材料、固體電容器、電磁屏蔽材料等方面具有潛在的應(yīng)用，近年來受到科研工作者們的廣泛關(guān)注和研究興趣。這些應(yīng)用都需要制備出導(dǎo)電聚合物的薄膜。傳統(tǒng)的導(dǎo)電聚合物薄膜的制備主要有化學(xué)氧化聚合和電化學(xué)聚合。這兩種方法都是將該聚合物沉積到導(dǎo)電性或非導(dǎo)電性的基底上。若要得到自支持的薄膜，還需在此基礎(chǔ)上將薄膜從基底上剝離下來。制備工藝復(fù)雜，對基底的要求高，對膜的厚度、形貌無法做到精確可控。
[0003]為此，尋求一種一步成膜便可制備出大面積、厚度和形貌可控的高質(zhì)量自支持導(dǎo)電聚合物薄膜的制法，并由該導(dǎo)電聚合物薄膜衍生出各種功能應(yīng)用性的復(fù)合膜便顯得尤為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種自支持導(dǎo)電聚合物薄膜與復(fù)合膜的制法，并提出了由該制法制得的自支持導(dǎo)電聚合物薄膜與復(fù)合膜的應(yīng)用。
本發(fā)明的第一個目的，將通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種導(dǎo)電聚合物薄膜的制法，所述聚合物薄膜的制備環(huán)境為氣液兩相界面，含有聚合單體的離子液體混合液曝露于空氣中，并在離子液體與空氣的接觸界面，經(jīng)1h自發(fā)生長形成自支持導(dǎo)電聚合物薄膜。
[0005]其中，所述離子液體的溶劑可選之一為l-Ethyl-2-methylimidazoliumtetrafIuoroborate。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個目的，還可通過以下技術(shù)解決方案:
一種導(dǎo)電聚合物薄膜的制法，所述聚合物薄膜的制備環(huán)境為液液兩相界面，一相為含有聚合單體的離子液體，另一相為與離子液體互不相溶的有機(jī)溶液，且有機(jī)溶液與離子液體兩相呈上、下分層，并在離子液體與有機(jī)溶液的接觸界面，經(jīng)1h自發(fā)生長形成自支持導(dǎo)電聚合物薄膜。
[0007]本發(fā)明的另一個目的，得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是:
一種導(dǎo)電聚合物復(fù)合膜的制法，所述聚合物復(fù)合膜的制備環(huán)境為氣液兩相界面或液液兩相界面，在液相界面自發(fā)成膜的過程中，將具有特定功能的無機(jī)納米材料摻入離子液體，自發(fā)生長形成自支持導(dǎo)電聚合物復(fù)合膜。
[0008]其中，所述無機(jī)納米材料包括納米粒子、納米線、納米管及納米片層中的一種或多種混合。
[0009]本發(fā)明的再一個目的，其應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方式是:對制得的自支持導(dǎo)電聚合物薄膜或復(fù)合膜進(jìn)行功能化后，用于傳感器、顯示器、人工肌肉，以及基于光、電、磁功能的環(huán)境監(jiān)測中。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
利用氣/液界面和液/液界面作為聚合反應(yīng)的反應(yīng)場，通過界面的自發(fā)生長，一步法制備出兩面均一、厚度可控的自支持導(dǎo)電聚合物薄膜或制備出兩面非對稱的(一面光滑，一面粗糙)自支持導(dǎo)電聚合物薄膜。能有效克服傳統(tǒng)化學(xué)氧化或電化學(xué)制備導(dǎo)電聚合物薄膜，特別是自支持導(dǎo)電聚合物薄膜制備時工藝復(fù)雜繁瑣、對導(dǎo)電或非導(dǎo)電基底依賴性高、可控性差等缺點(diǎn)。該方法簡便易操作，可控性強(qiáng)。同時，本技術(shù)易于對制備中的或制備出的導(dǎo)電聚合物薄膜進(jìn)行功能化修飾。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明為克服傳統(tǒng)導(dǎo)電聚合物薄膜制備上的缺陷，構(gòu)想并提供了一種自支持導(dǎo)電聚合物薄膜與復(fù)合膜的制法，為導(dǎo)電聚合物薄膜的應(yīng)用開創(chuàng)了一種新穎、簡單的制備方法。其詳細(xì)過程可以包括以下幾個步驟:
I)在含有導(dǎo)電聚合物單體的離子液體中，其氣液兩相界面或液液兩相界面自發(fā)生長制備均一的自支持導(dǎo)電聚合物薄膜，通過改變反應(yīng)條件，可實(shí)現(xiàn)對薄膜的表面平滑度、厚度的可控。同時還能制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的薄膜，這是本發(fā)明制法的基本特征。
[0012]2)從制法改良或拓展來看，將制備出的自支持導(dǎo)電聚合物薄膜進(jìn)行氧化摻雜，SP增加離子液體中氧化劑的含量，或?qū)⒃撃づc碘蒸汽反應(yīng)，可得到具有高導(dǎo)電率的聚合物薄膜。
[0013]3)在界面成膜過程中將具有特定功能的無機(jī)納米材料復(fù)合到聚合物薄膜中從而制備出有機(jī)/無機(jī)納米材料復(fù)合的聚合物薄膜。
[0014]4)對制備出的自支持導(dǎo)電聚合物薄膜進(jìn)行后功能化，從而賦予其新的功能。
[0015]其中，步驟I)中采用離子液體直接曝露于空氣中的氣/離子液體體系，離子液體選用但不限于l-Ethyl-2-methylimidazolium tetrafIuoroborate。此外還可同時包括液/咼子液體的反應(yīng)體系。
步驟3)中將步驟I)中的技術(shù)擴(kuò)展到無機(jī)納米材料摻雜的復(fù)合聚合物薄膜制備中，納米材料可以是納米粒子(磁性納米粒子、有光電性質(zhì)的納米粒子、有催化性能的納米粒子等)，納米線，納米管，納米片層等。步驟4)將步驟I)中的技術(shù)擴(kuò)展到對導(dǎo)電聚合物薄膜的后功能化，采用接枝、共混、共聚等方法對導(dǎo)電聚合物薄膜進(jìn)行高分子改性。
[0016]以下通過兩個具體的制法實(shí)施例直觀地說明本發(fā)明制法的細(xì)節(jié)過程，以便理解本發(fā)明的創(chuàng)新實(shí)質(zhì)。
[0017]實(shí)施例1:
將 43.8mg 表面活性劑 Bri j35 溶解在 ImL 離子液體 l-Ethyl-2-methylimidazoliumtetraf Iuoroborate中，然后將0.5mL吡咯加入其中攪拌片刻，加入少量CuC12振蕩后靜置10分鐘，然后將不溶解的CuC12過濾掉，濾液置于表面皿中，靜置一段時間。將表面皿置于蒸餾水中，在離子液體表面長出聚吡咯薄膜并浮于水面，取出即得聚吡咯薄膜。
[0018]實(shí)施例2:
將 43.8mg 表面活性劑 Bri j35 溶解在 ImL 離子液體 l-Ethyl-2-methylimidazoliumtetraf Iuoroborate中，然后加入ZnO納米粒子，均勾分散該體系后加入0.5mL卩比略加入其中攪拌片刻，加入少量CuC12振蕩后靜置10分鐘，然后將不溶解的CuC12過濾掉，濾液置于表面皿中，靜置一段時間。將表面皿置于蒸餾水中，在離子液體表面長出聚吡咯薄膜并浮于水面，取出即得ZnO納米粒子摻雜的聚吡咯復(fù)合薄膜。
綜上所述，用本發(fā)明方法制備的導(dǎo)電聚合物薄膜兩面可以是均一、對稱的，也可以是非對稱的，一面光滑，一面粗糙且厚度可控(從幾十納米到幾微米)、面積不限；二、采用此方法可以制備非致密的多孔自支持導(dǎo)電聚合物薄膜，孔徑和孔隙率可調(diào)；三、用此方法可以制備無機(jī)納米材料摻雜的具有光、電、磁等功能的和具有一定機(jī)械強(qiáng)度的導(dǎo)電聚合物復(fù)合膜。
[0019]該制法方案在氣/液界面或液/液界面通過自發(fā)生長，一步制備出結(jié)構(gòu)和厚度可控的的自支持導(dǎo)電聚合物薄膜。同時，將這個技術(shù)擴(kuò)展到制備無機(jī)納米材料復(fù)合的聚合物薄膜以及后功能化的導(dǎo)電聚合物薄膜的制備。該多功能的自支持導(dǎo)電聚合物薄膜可集成在納機(jī)電系統(tǒng)或微機(jī)電系統(tǒng)上做為傳感器件，從而為環(huán)境監(jiān)測等方面提供便捷、快速的響應(yīng)器件。
[0020]需要說明的是，以上較佳實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，所作出各種變換或變型，均屬于本發(fā)明的范疇。
【主權(quán)項】
1.一種導(dǎo)電聚合物薄膜的制法，其特征在于，所述聚合物薄膜的制備環(huán)境為氣液兩相界面，含有聚合單體的離子液體混合液曝露于空氣中，并在離子液體與空氣的接觸界面，經(jīng)1h自發(fā)生長形成自支持導(dǎo)電聚合物薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電聚合物薄膜的制法，其特征在于，所述離子液體的溶劑可選之一為 l-Ethyl-2-methylimidazolium tetrafluoroborate。3.一種導(dǎo)電聚合物薄膜的制法，其特征在于，所述聚合物薄膜的制備環(huán)境為液液兩相界面，一相為含有聚合單體的離子液體，另一相為與離子液體互不相溶的有機(jī)溶液，且有機(jī)溶液與離子液體兩相呈上、下分層，并在離子液體與有機(jī)溶液的接觸界面，經(jīng)1h自發(fā)生長形成自支持導(dǎo)電聚合物薄膜。4.一種導(dǎo)電聚合物復(fù)合膜的制法，其特征在于，所述聚合物復(fù)合膜的制備環(huán)境為氣液兩相界面或液液兩相界面，在液相界面自發(fā)成膜的過程中，將具有特定功能的無機(jī)納米材料摻入離子液體，自發(fā)生長形成自支持導(dǎo)電聚合物復(fù)合膜。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)電聚合物復(fù)合膜的制法，其特征在于，所述無機(jī)納米材料包括納米粒子、納米線、納米管及納米片層中的一種或多種混合。6.導(dǎo)電聚合物薄膜與復(fù)合膜的應(yīng)用，其特征在于，對制得的自支持導(dǎo)電聚合物薄膜或復(fù)合膜進(jìn)行功能化后，用于傳感器、顯示器、人工肌肉，以及基于光、電、磁功能的環(huán)境監(jiān)測中。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電聚合物薄膜與復(fù)合膜的制法及其應(yīng)用，所述聚合物薄膜與復(fù)合膜的制備環(huán)境為氣液兩相界面或液液兩相界面，在氣離子液體界面或液離子液體界面自發(fā)生長，或在生長過程中摻入無機(jī)納米材料，以形成具有自支持導(dǎo)電性能聚合物薄膜或復(fù)合膜。本發(fā)明通過界面的自發(fā)生長，一步法制備出兩面對稱、均一、厚度可控或兩面非對稱的自支持導(dǎo)電聚合物薄膜。能有效克服傳統(tǒng)化學(xué)氧化或電化學(xué)制備導(dǎo)電聚合物薄膜特別是自支持導(dǎo)電聚合物薄膜制備時工藝復(fù)雜繁瑣、對導(dǎo)電或非導(dǎo)電基底依賴性高、可控性差等缺點(diǎn)。該方法簡便易操作，可控性強(qiáng)。同時，本技術(shù)易于對制備中的或制備出的導(dǎo)電聚合物薄膜進(jìn)行功能化修飾。
【IPC分類】C08J5/18, C08G73/06, C08K3/22
【公開號】CN105085909
【申請?zhí)枴緾N201510480357
【發(fā)明人】施勇
【申請人】海門市明陽實(shí)業(yè)有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月8日