導電聚合物薄膜的制法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新穎、簡單的制備自支持導電聚合物薄膜及其復合膜的方法，屬于材料制備技術開發領域。
【背景技術】
[0002]導電聚合物由于具有較高的導電率、穩定性、易于摻雜以及特殊的光、電、聲等方面的性質，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用，近年來受到科研工作者們的廣泛關注和研究興趣。這些應用都需要制備出導電聚合物的薄膜。傳統的導電聚合物薄膜的制備主要有化學氧化聚合和電化學聚合。這兩種方法都是將該聚合物沉積到導電性或非導電性的基底上。若要得到自支持的薄膜，還需在此基礎上將薄膜從基底上剝離下來。制備工藝復雜，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量自支持導電聚合物薄膜的制法，并由該導電聚合物薄膜衍生出各種功能應用性的復合膜便顯得尤為必要。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術中存在的技術缺陷，本發明的目的在于提供一種自支持導電聚合物薄膜與復合膜的制法，并提出了由該制法制得的自支持導電聚合物薄膜與復合膜的應用。
本發明的第一個目的，將通過以下技術方案來實現:
一種導電聚合物薄膜的制法，所述聚合物薄膜的制備環境為氣液兩相界面，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1h自發生長形成自支持導電聚合物薄膜。
[0005]其中，所述離子液體的溶劑可選之一為l-Ethyl-2-methylimidazoliumtetrafIuoroborate。
[0006]實現本發明的第一個目的，還可通過以下技術解決方案:
一種導電聚合物薄膜的制法，所述聚合物薄膜的制備環境為液液兩相界面，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溶液，且有機溶液與離子液體兩相呈上、下分層，并在離子液體與有機溶液的接觸界面，經1h自發生長形成自支持導電聚合物薄膜。
[0007]本發明的另一個目的，得以實現的技術方案是:
一種導電聚合物復合膜的制法，所述聚合物復合膜的制備環境為氣液兩相界面或液液兩相界面，在液相界面自發成膜的過程中，將具有特定功能的無機納米材料摻入離子液體，自發生長形成自支持導電聚合物復合膜。
[0008]其中，所述無機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]本發明的再一個目的，其應用的實現方式是:對制得的自支持導電聚合物薄膜或復合膜進行功能化后，用于傳感器、顯示器、人工肌肉，以及基于光、電、磁功能的環境監測中。
[0010]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
利用氣/液界面和液/液界面作為聚合反應的反應場，通過界面的自發生長，一步法制備出兩面均一、厚度可控的自支持導電聚合物薄膜或制備出兩面非對稱的(一面光滑，一面粗糙)自支持導電聚合物薄膜。能有效克服傳統化學氧化或電化學制備導電聚合物薄膜，特別是自支持導電聚合物薄膜制備時工藝復雜繁瑣、對導電或非導電基底依賴性高、可控性差等缺點。該方法簡便易操作，可控性強。同時，本技術易于對制備中的或制備出的導電聚合物薄膜進行功能化修飾。
【具體實施方式】
[0011]本發明為克服傳統導電聚合物薄膜制備上的缺陷，構想并提供了一種自支持導電聚合物薄膜與復合膜的制法，為導電聚合物薄膜的應用開創了一種新穎、簡單的制備方法。其詳細過程可以包括以下幾個步驟:
I)在含有導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生長制備均一的自支持導電聚合物薄膜，通過改變反應條件，可實現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構的薄膜，這是本發明制法的基本特征。
[0012]2)從制法改良或拓展來看，將制備出的自支持導電聚合物薄膜進行氧化摻雜，SP增加離子液體中氧化劑的含量，或將該膜與碘蒸汽反應，可得到具有高導電率的聚合物薄膜。
[0013]3)在界面成膜過程中將具有特定功能的無機納米材料復合到聚合物薄膜中從而制備出有機/無機納米材料復合的聚合物薄膜。
[0014]4)對制備出的自支持導電聚合物薄膜進行后功能化，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/咼子液體的反應體系。
步驟3)中將步驟I)中的技術擴展到無機納米材料摻雜的復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)中的技術擴展到對導電聚合物薄膜的后功能化，采用接枝、共混、共聚等方法對導電聚合物薄膜進行高分子改性。
[0016]以下通過兩個具體的制法實施例直觀地說明本發明制法的細節過程，以便理解本發明的創新實質。
[0017]實施例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合薄膜。
綜上所述，用本發明方法制備的導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電聚合物薄膜，孔徑和孔隙率可調；三、用此方法可以制備無機納米材料摻雜的具有光、電、磁等功能的和具有一定機械強度的導電聚合物復合膜。
[0019]該制法方案在氣/液界面或液/液界面通過自發生長，一步制備出結構和厚度可控的的自支持導電聚合物薄膜。同時，將這個技術擴展到制備無機納米材料復合的聚合物薄膜以及后功能化的導電聚合物薄膜的制備。該多功能的自支持導電聚合物薄膜可集成在納機電系統或微機電系統上做為傳感器件，從而為環境監測等方面提供便捷、快速的響應器件。
[0020]需要說明的是，以上較佳實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，所作出各種變換或變型，均屬于本發明的范疇。
【主權項】
1.一種導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1h自發生長形成自支持導電聚合物薄膜。2.根據權利要求1所述的導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溶液，且有機溶液與離子液體兩相呈上、下分層，并在離子液體與有機溶液的接觸界面，經1h自發生長形成自支持導電聚合物薄膜。4.一種導電聚合物復合膜的制法，其特征在于，所述聚合物復合膜的制備環境為氣液兩相界面或液液兩相界面，在液相界面自發成膜的過程中，將具有特定功能的無機納米材料摻入離子液體，自發生長形成自支持導電聚合物復合膜。5.根據權利要求4所述的導電聚合物復合膜的制法，其特征在于，所述無機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.導電聚合物薄膜與復合膜的應用，其特征在于，對制得的自支持導電聚合物薄膜或復合膜進行功能化后，用于傳感器、顯示器、人工肌肉，以及基于光、電、磁功能的環境監測中。
【專利摘要】本發明公開了一種導電聚合物薄膜與復合膜的制法及其應用，所述聚合物薄膜與復合膜的制備環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生長，或在生長過程中摻入無機納米材料，以形成具有自支持導電性能聚合物薄膜或復合膜。本發明通過界面的自發生長，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電聚合物薄膜。能有效克服傳統化學氧化或電化學制備導電聚合物薄膜特別是自支持導電聚合物薄膜制備時工藝復雜繁瑣、對導電或非導電基底依賴性高、可控性差等缺點。該方法簡便易操作，可控性強。同時，本技術易于對制備中的或制備出的導電聚合物薄膜進行功能化修飾。
【IPC分類】C08J5/18, C08G73/06, C08K3/22
【公開號】CN105085909
【申請號】CN201510480357
【發明人】施勇
【申請人】海門市明陽實業有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月8日