一種細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料的制備方法及其應用
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種導電膜材料的制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002]傳統的能源來源日益消耗殆盡，刺激人們去尋找可替代的能源和有效的能量貯存裝置，而超級電容器具有高功率密度和較高的能量密度，應用于混合電動車、電動車、便攜式電子設備等重要的領域，一直備受人們青睞。
[0003]當今社會對柔性、可彎曲設備儲能需求的快速增長，人們急需研發下一代價廉、柔軟、可彎曲的超級電容器，而電極材料是最重要的組成部分。但現有柔性電極材料制備工藝復雜、成本高，不具備良好的穩定性及力學性能。因此，釆用一個簡單、有效、環保、適用于規模化生產的制備方法制備高性能的柔性電極材料尤其重要。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了解決現有柔性電極材料制備工藝復雜、成本高，不具備良好的穩定性及力學性能的問題，提供一種細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料的制備方法及其應用。
[0005]本發明一種細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料的制備方法按如下步驟進行:
[0006]—、將細菌纖維素剪切成塊后浸泡在去離子水中超聲洗滌，然后置于去離子水中，攪拌使其分散均勻，再轉移到勻漿機中攪拌，得到細菌纖維素漿料；
[0007]二、將苯胺單體與濃度為lmol/L鹽酸溶液混合，得到苯胺單體的鹽酸溶液；向細菌纖維素漿料中加入苯胺單體的鹽酸溶液，攪拌使苯胺單體與細菌纖維素分散均勻，得到混合液A ；
[0008]三、將氧化劑與濃度為lmol/L的鹽酸溶液混合，得到混合液B ;將混合液B以0.5滴?60滴/s的滴加速率滴加到混合液A中，原位氧化聚合生成細菌纖維素聚苯胺復合材料溶液；
[0009]四、向酸化的碳納米管中加入表面活性劑，然后分散在去離子水中，得到碳納米管水分散液；
[0010]五、將細菌纖維素聚苯胺復合材料溶液真空抽濾成膜，然后加入碳納米管水分散液繼續抽濾成膜，再放入真空干燥箱中進行干燥，制成細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料；其中細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料中細菌纖維素與步驟二中苯胺單體的質量比為(0.1?6):1 ;細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料中細菌纖維素與步驟四中酸化的碳納米管的質量比為1: (0.02?0.2);苯胺單體與氧化劑的摩爾比為(0.5 ?5)
[0011]本發明細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料的應用是指作為電極應用于超級電容器中。
[0012]細菌纖維素是通過微生物的發酵獲得的，其性能優良、資源豐富、環境友好，薄膜具有超精細網狀結構、高結晶度、高純度、高機械強度，作為一種新興的環境友好型材料成為國內外材料領域研究的熱點，細菌纖維素含有大量的羥基，具有良好的親水性，與其他水溶性的高分子容易發生氫鍵結合，因而細菌纖維素作為復合材料具有天然的優勢。
[0013]碳納米管由于具有獨特的中空結構，良好的導電性和高的比表面積，被認為是超級電容器理想的電極材料之一，引起廣泛的關注。
[0014]導電聚苯胺原料易得、合成簡便、成本低廉，具有良好的化學穩定性、導電性和贗電容儲能特性，被認為是一種極具發展潛力的超級電容器電極材料。
[0015]本發明的有益效果:(I)利用細菌纖維素超精細網絡結構和優異的力學性能等特性，以此為基底負載納米導電聚合物，可制備成超級電容器用自支撐柔性電極；(2)可規模化生產，制備工藝簡單、節能、反應條件溫和、毒性小，原料廉價易得成本低、導電膜材料穩定性及力學性能好；(3)直接用做超級電容器電極具有很好的電容性。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1所獲得的細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料的掃描電鏡照片；
[0017]圖2為實施例1中碳納米管水分散液的照片；
[0018]圖3為實施例1所獲得的以細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料制備的工作電極在IM硫酸電解液中的不同掃描速度下的循環伏安曲線；其中a為2mV/s，b為5mV/s，c 為 8mV/s，d 為 1mV/s ；
[0019]圖4為實施例1所獲得的以細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料制備的工作電極在IM硫酸電解液中的恒電流充放電曲線；其中a為2.5mA/cm2，b為5mA/cm2，c為9mA/cm2；
[0020]圖5為實施例2所獲得的以細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料制備的工作電極在IM硫酸電解液中的恒電流充放電曲線；其中a為2mA/cm2，b為5mA/cm2，c為9mA/cm2；
[0021]圖6為實施例1?2所獲得的以細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料制備的工作電極在IM硫酸電解液中依據恒電流充放電曲線計算所得的比電容曲線，其中a為BC-PAIN-CNT-1，b 為 BC-PAIN-CNT-2。
【具體實施方式】
[0022]本發明技術方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0023]【具體實施方式】一:本實施方式一種細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料的制備方法按如下步驟進行:
[0024]—、將細菌纖維素剪切成塊后浸泡在去離子水中超聲洗滌，然后置于去離子水中，攪拌使其分散均勻，再轉移到勻漿機中攪拌，得到細菌纖維素漿料；
[0025]二、將苯胺單體與濃度為lmol/L鹽酸溶液混合，得到苯胺單體的鹽酸溶液；向細菌纖維素漿料中加入苯胺單體的鹽酸溶液，攪拌使苯胺單體與細菌纖維素分散均勻，得到混合液A ；
[0026]三、將氧化劑與濃度為lmol/L的鹽酸溶液混合，得到混合液B ;將混合液B以0.5滴?60滴/s的滴加速率滴加到混合液A中，原位氧化聚合生成細菌纖維素聚苯胺復合材料溶液；
[0027]四、向酸化的碳納米管中加入表面活性劑，然后分散在去離子水中，得到碳納米管水分散液；
[0028]五、將細菌纖維素聚苯胺復合材料溶液真空抽濾成膜，然后加入碳納米管水分散液繼續抽濾成膜，再放入真空干燥箱中進行干燥，制成細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料；其中細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料中細菌纖維素與步驟二中苯胺單體的質量比為(0.1?6):1 ;細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料中細菌纖維素與步驟四中酸化的碳納米管的質量比為1: (0.02?0.2);苯胺單體與氧化劑的摩爾比為(0.5 ?5)
[0029]本實施方式中細菌纖維素為市售產品。
[0030]細菌纖維素是通過微生物的發酵獲得的，其性能優良、資源豐富、環境友好，薄膜具有超精細網狀結構、高結晶度、高純度、高機械強度，作為一種新興的環境友好型材料成為國內外材料領域研究的熱點，細菌纖維素含有大量的羥基，具有良好的親水性，與其他水溶性的高分子容易發生氫鍵結合，因而細菌纖維素作為復合材料具有天然的優勢。
[0031]碳納米管由于具有獨特的中空結構，良好的導電性和高的比表面積，被認為是超級電容器理想的電極材料之一，引起廣泛的關注。
[0032]導電聚苯胺原料易得、合成簡便、成本低廉，具有良好的化學穩定性、導電性和贗電容儲能特性，被認為是一種極具發展潛力的超級電容器電極材料。
[0033]本實施方式的有益效果:(I)利用細菌纖維素超精細網絡結構和優異的力學性能等特性，以此為基底負載納米導電聚合物，可制備成超級電容器用自支撐柔性電極；(2)可規模化生產，制備工藝簡單、節能、反應條件溫和、毒性小，原料廉價易得成本低、導電膜材料穩定性及力學性能好；(3)直接用做超級電容器電極具有很好的電容性。
[0034]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:所述的細菌纖維素為細菌纖維素邊角料。其它與【具體實施方式】一相同。
[0035]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟一所述的超聲洗滌的條件為超聲時間10h，且每一小時更換去離子水。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0036]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟二和步驟三鹽酸溶液的總摩爾量與苯胺單體的摩爾比為1: (0.01?0.2)。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0037]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟三所述的氧化劑為過硫酸銨。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0038]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟三所述的原位氧化聚合是在冰水浴中聚合，反應時間為20h。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0039]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:步驟四所述的酸化的碳納米管與表面活性劑的質量比為1: (0.2?3)。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0040]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:步驟四所述的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。其它與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0041]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是:步驟四所述的酸化的碳納米管的制備方法為將碳納米管在質量濃度為64%的硝酸中超聲處理5?24h，用去離子水洗滌，抽濾干燥。其它與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0042]【具體實施方式】十:本實施方式細菌纖維素/聚苯胺/碳納米管導電膜材料的應用是指作為電極應用于超級電容器中。
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