專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水分散聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)-無(wú)機(jī)導(dǎo)電復(fù)合材料，特別是一種在水中可以穩(wěn)定分散的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，改善了聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的加工性能。
背景技術(shù)：
聚苯胺(PANI)由于原料便宜、合成簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)多樣化、在空氣中穩(wěn)定以及特殊的摻雜機(jī)制等優(yōu)點(diǎn)，而成為導(dǎo)電高聚物領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，被認(rèn)為是最具有實(shí)際應(yīng)用前景的導(dǎo)電聚合物，它在超級(jí)電容器、化學(xué)電源、抗靜電、電致變色、電磁屏蔽、生物與化學(xué)傳感器等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是由于聚苯胺鏈的強(qiáng)剛性和鏈間強(qiáng)相互作用使得它的溶解性極差，相應(yīng)地可加工性也差，限制了它的廣泛應(yīng)用。石墨烯具有二維晶體結(jié)構(gòu)特殊、質(zhì)量輕且比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，是已知材料中最薄、 硬度最大、韌性最大的材料，并且擁有優(yōu)異的電學(xué)性能、導(dǎo)熱性能和機(jī)械強(qiáng)度。石墨烯的重要用途之一是可以用來(lái)制備高性能的納米復(fù)合材料，將石墨烯與聚苯胺進(jìn)行復(fù)合制備聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料不僅能夠結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)，還有望發(fā)展出新的性能。中國(guó)專(zhuān)利 CN101781459A和CN101781458A在水中或有機(jī)溶劑中通過(guò)在氧化石墨烯上原位聚合苯胺再進(jìn)行還原的方法制備了聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料，該材料具有比單一組成材料更好的電化學(xué)性質(zhì)，但復(fù)合物由于石墨烯、聚苯胺本身的溶解性就差，而且石墨烯與聚苯胺之間強(qiáng)的 JI - ^作用會(huì)導(dǎo)致易堆積團(tuán)聚現(xiàn)象，這些都造成所報(bào)道的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料很難在水中進(jìn)行分散，加工性能差，對(duì)其進(jìn)一步的應(yīng)用造成了很大的困難。因此制備可以水分散的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料十分重要，該復(fù)合材料在超級(jí)電容器、電池等能源領(lǐng)域和傳感器等眾多領(lǐng)域具有更大的實(shí)際應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種水分散聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的制備方法。該方法操作簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)能環(huán)保，且制得的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料在水中具有很好的分散性和穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為第一步，通過(guò)水合胼還原法將氧化石墨烯還原成石墨烯；第二步，將新制備的石墨烯加在含有大分子分散劑的溶液里超聲分散；第三步，室溫下，向第一步所得混合液中加入苯胺單體，繼續(xù)超聲分散形成混合液；第四步，低溫下，向第二步所得混合液中逐滴加入氧化劑和無(wú)機(jī)酸的溶液，攪拌聚合；第五步，將第三步得到的混合液離心、洗滌，溶于水后即可得到可水分散的石墨烯 /聚苯胺導(dǎo)電高分子復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.采用的大分子分散劑可以吸附在聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料表面，起到穩(wěn)定分散的作用，避免了材料的團(tuán)聚現(xiàn)象；2.采用水作為溶劑，成本低，不會(huì)造成環(huán)境污染，節(jié)能環(huán)保；3.聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料具有很好的水分散性和穩(wěn)定性，分散液放置6個(gè)月沒(méi)有沉淀出現(xiàn)；4.應(yīng)用本發(fā)明制備的復(fù)合物，結(jié)合了石墨烯和聚苯胺以及納米材料的特性，而且由于加工性能好，可以做成膜狀、片狀等形式各異的材料，在超級(jí)電容器材料、化學(xué)電源、傳感器、環(huán)境、生命科學(xué)等領(lǐng)域有著較好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的合成示意圖。圖2為聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料在水中分散的照片(左邊的是制備過(guò)程中加入了大分子分散劑，右邊的沒(méi)有加大分子分散劑)。圖3為石墨烯(a)、聚苯胺(b)、聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料(C)的透射電鏡圖。
具體實(shí)施例方式為了更好地解釋本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)解釋。實(shí)施例11.通過(guò)胼加熱還原制備石墨烯將1. Og氧化石墨放入500mL的圓底燒瓶中，加入250mL蒸餾水，此時(shí)出現(xiàn)不均勻的咖啡色分散相，在超聲波分散儀中超聲震蕩30min ；加入水合胼(IOmL)，并將此溶液放人油浴中于100°C加熱反應(yīng)Mh ；然后用蒸餾水和無(wú)水乙醇交替洗滌離心10次以上.2.制備含石墨烯30wt%的水分散聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料將IOOmg石墨烯放置于燒杯中，加入Ig聚苯乙烯磺酸，5mL DMF和20mL水，攪拌得到石墨烯的分散液。向石墨烯分散液中加入0. 23g苯胺單體，通氮?dú)?0min左右，并在冰浴中攪拌。然后向混合液中0.57g過(guò)硫酸銨，冰浴反應(yīng)他。離心、洗滌，溶于水后即可得到水分散的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料。實(shí)施例22.通過(guò)胼加熱還原制備石墨烯(GR)同實(shí)施例1步驟23.制備含石墨烯50wt %的水分散聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料將IOOmg石墨烯放置于燒杯中，加入Ig聚乙烯吡咯烷酮，3mL DMSO和20mL水，攪拌得到石墨烯的分散液。向石墨烯分散液中加入0. IOg苯胺單體，通氮?dú)?0min左右，并在冰浴中攪拌。然后向混合液中0.25g過(guò)硫酸銨，冰浴反應(yīng)他。離心、洗滌，溶于水后即可得到水分散的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種水分散聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的合成方法，其特征在于制備步驟和條件如下第一步，通過(guò)水合胼還原法將氧化石墨烯還原成石墨烯； 第二步，將新制備的石墨烯加在含有大分子分散劑的溶液里超聲分散； 第三步，室溫下，向第一步所得混合液中加入苯胺單體，繼續(xù)超聲分散形成混合液； 第四步，低溫下，向第二步所得混合液中逐滴加入氧化劑和無(wú)機(jī)酸的溶液，攪拌聚合； 第五步，將第三步得到的混合液離心、洗滌，溶于水后即可得到可水分散的石墨烯/聚苯胺導(dǎo)電高分子復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于第一步中，水合胼還原溫度為70 100°C，時(shí)間為2 12小時(shí)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于第二步中大分子分散劑為聚苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸鈉、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉或聚乙烯吡咯烷酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于第一步中用于溶解大分子分散劑的溶劑為水與N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或N，N-二甲基二甲亞砜 (DMSO)的混合體，水與DMF或DMSO的比為100 0 50 50.
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于氧化劑為過(guò)硫酸銨或過(guò)硫酸鉀，無(wú)機(jī)酸為鹽酸或硫酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于分散劑與石墨烯的質(zhì)量比為10 1 100 1，苯胺單體與石墨烯的用量之比為0.05 1 20 1，苯胺單體與氧化劑的用量之比為1 1 4 1，氧化劑與無(wú)機(jī)酸的用量比為 1 1 1 5。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可在水中穩(wěn)定分散的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域，由以下步驟制備而得1)將氧化石墨烯利用水合肼還原成石墨烯；2)將新制備的石墨烯分散在含有大分子分散劑的溶液里；3)再加入苯胺進(jìn)行分散；4)低溫下，向混合液中滴加氧化劑和無(wú)機(jī)酸的溶液，攪拌聚合；5)離心、洗滌后得到聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料。本發(fā)明得到的聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料由于大分子分散劑的輔助作用可以在水中均勻分散，能穩(wěn)定保存，防治6個(gè)月沒(méi)有沉淀產(chǎn)生，解決了聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料難以加工的問(wèn)題。
文檔編號(hào)C08K3/04GK102492296SQ20111037944
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者劉曉亞, 吳海強(qiáng), 姜思思, 羅靜, 鄔勇 申請(qǐng)人:江南大學(xué)