一種合成聚苯胺納米管的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種合成聚苯胺納米管的方法，具體涉及一種在穩態靜磁場下合成聚苯胺納米管的新方法，屬于納米材料的制備及其應用領域。
【背景技術】
[0002]聚苯胺既有塑料的密度，又具有金屬的導電性和塑料的可加工性，還具備金屬和塑料所欠缺的化學和電化學性能，在國防工業上可用作隱身材料、防腐材料，民用上可用作金屬防腐蝕材料、抗靜電材料、電子化學品等。廣闊的應用前景和市場前景使其成為目前世界各國爭相研宄、開發的熱門材料。聚苯胺的結構決定其形貌的特異性，而形貌很大程度上決定著其電學、磁學及光學等性能，研宄得較多的有聚苯胺納米線、納米球和納米管。其中，聚苯胺納米管材料既有聚苯胺良好的電容性及良好的電磁屏蔽性能，同時兼具良好的力學、電學及化學性能來實現聚苯胺納米管材料在增強導電率、電磁屏蔽、電磁波吸收等方面的廣泛應用。
[0003]萬梅香、龍云澤等人[L.J.Zhang, Y.Z.Long, Z.J.Chen, Μ.X.Wang, Adv.Fund.Mater., 2004, 14，693.]曾研宄了通過有機模板法制備聚苯胺納米管。再如專利申請號為201410376418的發明專利公開了一種導電聚苯胺納米管及其制備方法。該方法將苯胺分散在含有不同比例尿素的水溶液中，在冰水浴的條件下，充分攪拌，得到均勻的混合溶液。然后逐滴加入氧化引發劑一過硫酸銨，引發苯胺聚合，在攪拌條件下反應12小時，隨后用2毫升I摩爾/升的鹽酸溶液對生成物進行摻雜，得到具有管狀結構的導電聚苯胺納米管。綜上所述，目前常用的是有機模板法或摻雜法制備聚苯胺納米管，但是尚無采用磁場誘導來合成聚苯胺納米管的報道。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供了一種合成聚苯胺納米管的新方法，所制備的聚苯胺納米管具有高比電容和較強的電磁波吸收性能。
[0005]本發明的一種合成聚苯胺納米管的方法，包括下述步驟:
(1)將苯胺單體加入到樟腦磺酸水溶液中，攪拌至分散均勻，然后在20~30攝氏度環境下，將分散溶液置于0.5-10特斯拉的穩態靜磁場下靜置0.5-2小時，得苯胺混合液；
(2)向上述苯胺混合液中滴加過硫酸銨水溶液，反應溫度控制在20~30攝氏度，滴加完畢后，將反應液置于0.5-10特斯拉的穩態靜磁場下，繼續靜置反應20~30小時，過濾，洗滌干燥，即得到聚苯胺納米管。
[0006]作為優選，所述樟腦磺酸與苯胺單體的摩爾比為4:1~1:1，過硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為2:1~1:2。
[0007]步驟(I)所述樟腦磺酸水溶液濃度1~4克/升。
[0008]優選的，步驟(I)中苯胺單體加入到樟腦磺酸水溶液后勻速攪拌至少10分鐘。
[0009]步驟(2 )中過硫酸錢水溶液濃度為5~20克/升。
[0010]步驟(2)中滴加完過硫酸銨水溶液后，將混合溶液置于0.5特斯拉~ 10特斯拉穩態靜磁場下，繼續靜置反應24小時。
[0011]優選的，步驟(2)洗滌時分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌至濾液呈無色，置于60攝氏度真空烘箱中真空干燥16~24小時，即得到聚苯胺納米管材料。
[0012]本發明以樟腦磺酸為摻雜酸，將苯胺單體均勻分散于樟腦磺酸水溶液中，以過硫酸銨為引發劑，原位聚合得到聚苯胺納米管材料。所得聚苯胺納米管的平均管長為0.3-0.5微米，外徑為120~130納米，內徑為50~60納米。本發明的聚苯胺納米管材料的比電容達到117.6 Fj1，在9~12GHz頻段內吸波強度可達到-15 dB，可廣泛應用于超級電容器以及電磁屏蔽領域。
【附圖說明】
[0013]圖1為制備的聚苯胺納米管材料掃描電子顯微鏡照片。
[0014]圖2為制備的聚苯胺納米管材料在2~18GHz頻段內的電磁波反射損耗圖。
[0015]圖3為制備的聚苯胺納米管材料在IM硫酸中恒流充放電曲線。
【具體實施方式】
[0016]下述實施例是對于本
【發明內容】
的進一步說明以作為對本發明技術內容的闡釋，但本發明的實質內容并不僅限于下述實施例所述，本領域的普通技術人員可以且應當知曉任何基于本發明實質精神的簡單變化或替換均應屬于本發明所要求的保護范圍。
[0017]實施例1
(1)將苯胺單體加入到濃度3.5克/升樟腦磺酸水溶液中，攪拌10分鐘至均勻分散，在25攝氏度環境下，置于穩態靜磁場(磁場強度為5特斯拉)下靜置I小時；樟腦磺酸與苯胺單體的摩爾比為1:1 ;
(2)取10克/升的過硫酸銨水溶液，并滴加到上述步驟所得分散液中，反應溫度控制在25攝氏度，滴加完畢后，將反應混合溶液置于穩態靜磁場(磁場強度為5特斯拉)下，繼續靜置反應24小時；過硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為1:1 ;
(3)將上述得到的產物抽濾，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌至濾液呈無色，置于60攝氏度真空烘箱中，真空干燥20小時，即得到聚苯胺納米管。圖1為制備的聚苯胺納米管材料掃描電子顯微鏡照片，放大倍數為三萬倍，圖中顯示平均管長為0.3-0.5微米，外徑為120-130納米，內徑為50~60納米；圖2為制備的聚苯胺納米管材料在2_18 GHz頻段內的電磁波反射損耗圖，如圖所示，聚苯胺納米管在9-12GHZ頻段內吸波強度可達到-15 dB ;圖3為聚苯胺材料在I M硫酸中恒流充放電曲線，采用0.1A.電流進行循環充放電測試，充電時間為1800s，放電時間為1176s，由圖中數據得算出聚苯胺納米管的比電容可達0.1A.g-1 X 1176 s = 117.6 F.g'
[0018]實施例2
(O將苯胺單體加入到濃度2克/升樟腦磺酸水溶液中，攪拌10分鐘至均勻分散，在20攝氏度環境下，置于穩態靜磁場(磁場強度為I特斯拉)下靜置I小時；樟腦磺酸與苯胺單體的摩爾比為4:1 ；
(2)取5克/升的過硫酸銨水溶液，并滴加到上述步驟所得分散液中，反應溫度控制在20攝氏度，滴加完畢后，將反應混合溶液置于置于穩態靜磁場(磁場強度為I特斯拉)下，繼續靜置反應24小時；過硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為2:1;
(3)將上述得到的產物抽濾，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌至濾液呈無色，置于60攝氏度真空烘箱中，真空干燥24小時，即得到聚苯胺納米管。
[0019]實施例3
(1)將苯胺單體加入到濃度2.5克/升樟腦磺酸水溶液中，攪拌10分鐘至均勻分散，在30攝氏度環境下，置于穩態靜磁場(磁場強度為10特斯拉)下靜置I小時；樟腦磺酸與苯胺單體的摩爾比為2:1 ；
(2)取20克/升的過硫酸銨水溶液，并滴加到上述步驟所得分散液中，反應溫度控制在30攝氏度，滴加完畢后，將反應混合溶液置于置于穩態靜磁場(磁場強度為10特斯拉)下，繼續靜置反應24小時；過硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為1:2 ;
(3)將上述得到的產物抽濾，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌至濾液呈無色，置于60攝氏度真空烘箱中，真空干燥20小時，即得到聚苯胺納米管。
【主權項】
1.一種合成聚苯胺納米管的方法，包括下述步驟: (1)將苯胺單體加入到樟腦磺酸水溶液中，攪拌至分散均勻，然后在20~30攝氏度環境下，將分散溶液置于0.5-10特斯拉的穩態靜磁場下靜置0.5-2小時，得苯胺混合液； (2)向上述苯胺混合液中滴加過硫酸銨水溶液，反應溫度控制在20~30攝氏度，滴加完畢后，將反應液置于0.5-10特斯拉的穩態靜磁場下，繼續靜置反應20~30小時，過濾，洗滌干燥，即得到聚苯胺納米管。2.如權利要求1所述合成聚苯胺納米管的方法，其特征在于，所述樟腦磺酸與苯胺單體的摩爾比為4:1~1:1，過硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為2:1~1: 2。3.如權利要求1所述合成聚苯胺納米管的方法，其特征在于，步驟(I)所述樟腦磺酸水溶液濃度1~4克/升。4.如權利要求1所述合成聚苯胺納米管的方法，其特征在于，步驟(2)中過硫酸銨水溶液濃度為5~20克/升。5.如權利要求1所述合成聚苯胺納米管的方法，其特征在于，步驟(2)中滴加完過硫酸銨水溶液后，將混合溶液置于穩態靜磁場下，繼續靜置反應24小時。
【專利摘要】本發明公開了一種新型的聚苯胺納米管制備方法。以樟腦磺酸為摻雜酸，將苯胺單體均勻分散于樟腦磺酸水溶液中，以過硫酸銨為引發劑，置于穩態靜磁場（0.5特斯拉~10特斯拉）下靜置反應24小時，原位聚合得到聚苯胺納米管材料（如圖1）。本發明的新型聚苯胺納米管材料平均管長為0.3~0.5微米，外徑為120~130納米，內徑為50~60納米。本發明的聚苯胺納米管材料具有高比電容和較強的電磁波吸收性能，可廣泛應用于超級電容器以及電磁屏蔽領域。
【IPC分類】C08G73/02, B82Y40/00
【公開號】CN104892935
【申請號】CN201510261890
【發明人】畢紅, 劉健, 葛傳軍
【申請人】安徽大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月21日