專利名稱：一種碳納米管的分散劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳納米管的分散技術(shù)，特別涉及一種可溶性功能聚合物作為碳納米管分散劑技術(shù)。
自從1991年(S.lijima，Nature，354，1991，56)首次發(fā)明碳納米管(Carbonnanotubes，簡稱CNT)以來，由于它獨(dú)特、優(yōu)異的物理化學(xué)性能，它作為分子導(dǎo)線、分子器件和納米材料(T.W.Ebbesen，Phys.Today，1996，June 26；M.M.J.Treay，Nature，381，1996，678)以及在場發(fā)射(W.A.DeHeer，Science，270，1995，1179)和掃描探針顯微(SPM)等技術(shù)上的應(yīng)用前景已引起世界各國科學(xué)家的廣泛關(guān)注。但是，由于碳納米管屬納米材料，極易聚集。因此，碳納米管通常采用超聲振蕩為輔助手段的溶液方法來分散碳納米管。目前對碳納米管有兩類分散劑。第一類是由有機(jī)溶劑如三氯甲烷、丙酮、甲醇、乙醇與水組成的溶液(J.M.Bonard，Adv.Mater.，9，1997，827)。這類溶劑雖然能分散碳納米管，但分散溶液只能保留幾小時，即碳納米管從溶液中沉淀。第二類是由表面活性劑(E.J.Wanless，J.Phys.Chem.，100，1996，3207)組成的分散劑，例如十二烷基苯磺酸鈉(SDS)是碳納米管常用的分散劑。對碳納米管的分散而言，實(shí)驗證實(shí)表面活性劑優(yōu)于一般的有機(jī)溶劑和水。但是，這兩類分散劑的穩(wěn)定性部欠佳。
本發(fā)明克服了上述已有技術(shù)中存在碳納米管分散度低和穩(wěn)定性差(碳納米管易從溶液中沉淀下來)的缺點(diǎn)，而提供一種采用可溶性導(dǎo)電聚吡咯作為碳納米管的分散劑及其制備方法。
本發(fā)明的碳納米管的分散劑為可溶性導(dǎo)電聚吡咯(PPY-RSO3H)，其結(jié)構(gòu)式為
上述PPY為聚吡咯的英文縮寫，RSO3H為有機(jī)功能酸作為摻雜劑，式中RSO3-為對陰離子，n為聚合度。本發(fā)明的碳納米管的分散劑可溶性導(dǎo)電聚吡咯的制備方法是按下列順序步驟進(jìn)行1.摻雜態(tài)聚吡咯粉末的制備以有機(jī)功能酸為摻雜劑(RSO3H)，過硫酸胺為氧化劑((NH4)2S2O8)，采用現(xiàn)場摻雜聚合方法使吡咯單體氧化聚合得到可溶性的導(dǎo)電聚吡咯(PPY-RSO3H)
將吡咯單體配成濃度為1.0×10-4mol/ml～1.0×10-2mol/ml的鹽酸水溶液，然后加入有機(jī)功能酸(吡咯單體的0.5～2倍)混合，冰浴攪拌下逐滴加入濃度為1.0×10-4mol/ml～1.0×10-2mol/ml的氧化劑。然后繼續(xù)攪拌10小時。抽濾，分別用蒸餾水、甲醇和丙酮洗滌后，真空干燥。得到黑色的摻雜態(tài)聚吡咯(PPY-RSO3H)。
2.分散劑溶液的配制(1)將上述摻雜態(tài)聚吡咯與間甲酚按10-4∶1～0.1∶1的摩爾比進(jìn)行混合溶解，經(jīng)過濾得到墨綠色的PPY-RSO3H的間甲酚溶液。
(2)取上述PPY-RSO3H的間甲酚溶液與乙醇溶液按體積比(1∶9～1∶1)混合得到淡綠色的分散劑溶液。
(3)將碳納米管加入上述分散劑溶液中，在25℃超聲振蕩可觀察到碳納米管逐漸分散開，溶液體系逐漸變得均勻清澈，經(jīng)半小時超聲振蕩后呈真溶液狀態(tài)。碳納米管分散的極限濃度為3.0×10-3g/ml。
1.本發(fā)明的含碳納米管的導(dǎo)電聚吡咯溶液清澈呈真溶液。該溶液存放一周后未見碳納米管沉淀。
2.碳納米管的掃描電子顯微圖象(SEM)進(jìn)一步證實(shí)本發(fā)明的分散劑確實(shí)對碳納米管有高的分散性。見

圖1。圖1為不同放大倍率下碳納米管濃度為3.0×10-5g/ml的SEM圖。
3.增加可溶性導(dǎo)電聚吡咯的含量可提高碳納米管的分散量。
本發(fā)明的分散劑對碳納米管具有高的分散性和良好的穩(wěn)定性的特色。這可能是由于可溶性導(dǎo)電聚吡咯能修飾碳納米管的表面使其表面能降低從而阻止碳納米管的聚集。
實(shí)施例1a.稱量0.7ml吡咯單體，加到50ml蒸餾水中，然后加入0.02mol的十二烷基苯磺酸(DBSA)，冰浴攪拌下，逐滴加入10ml含0.82g過硫酸胺的水溶液。繼續(xù)攪拌10小時，抽慮，分別用蒸餾水、甲醇和丙酮洗滌后，真空干燥，得到黑色的摻雜態(tài)聚吡咯(PPY-DBSA)粉末。
b.稱量0.01g摻雜態(tài)聚吡咯(PPY-DBSA)粉末，倒入裝有10ml間甲酚溶液的三角瓶中，超聲振蕩，使其充分溶解。過濾后，得到墨綠色的PPY-DBSA的間甲酚溶液。
c.取1ml上述溶液與9ml乙醇溶液混合。充分混合后，得到淡綠色的溶液。該溶液可作為碳納米管的分散劑。實(shí)施例2.
a.稱量0.7ml吡咯單體，加到50ml蒸餾水中，然后加入0.02mol的十二烷基苯磺酸(DBSA)，冰浴攪拌下，逐滴加入10ml含0.82g過硫酸胺的水溶液。繼續(xù)攪拌10小時，抽慮，分別用蒸餾水、甲醇和丙酮洗滌后，真空干燥，得到黑色的摻雜態(tài)聚吡咯(PPY-DBSA)粉末。
b.稱量0.01g摻雜態(tài)聚吡咯(PPY-DBSA)粉末，倒入裝有10ml間甲酚溶液的三角瓶中，超聲振蕩，使其充分溶解。過濾后，得到墨綠色的PPY-DBSA的間甲酚溶液。
c.取2ml上述溶液與8ml乙醇溶液混合。充分混合后，得到淡綠色的溶液。該溶液可作為碳納米管的分散劑。實(shí)施例3a.稱量0.7ml吡咯單體，加到50ml蒸餾水中，然后加入0.03mol的十二烷基苯磺酸(DBSA)，冰浴攪拌下，逐滴加入10ml含0.41g過硫酸胺的水溶液。繼續(xù)攪拌10小時，抽慮，分別用蒸餾水、甲醇和丙酮洗滌后，真空干燥，得到黑色的摻雜態(tài)聚吡咯(PPY-DBSA)粉末。
b.稱量上述0.01g摻雜態(tài)聚吡咯(PPY-DBSA)粉末，倒入裝有10ml間甲酚溶液的三角瓶中，超聲振蕩，使其充分溶解。過濾后，得到墨綠色的PPY-DBSA的間甲酚溶液。
c.取3ml上述溶液與7ml乙醇溶液混合。充分混合后，得到淡綠色的溶液。該溶液可作為碳納米管的分散劑。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管的分散劑，其特征在于所述的分散劑為可溶性導(dǎo)電聚吡咯，其結(jié)構(gòu)式如下
式中RSO3-為對陰離子，n為聚合度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管的分散劑，其特征在于所述的分散劑為聚吡咯一間甲酚和乙醇溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管的分散劑的制備方法，其特征在于按下列順序步驟進(jìn)行(1)摻雜態(tài)聚吡咯粉末的制備將吡咯單體配成濃度為1.0×10-4mol/ml～1.0×10-2mol/ml的鹽酸水溶液，然后加入吡咯單體0.5～2倍的十二烷基苯磺酸后，再滴加入濃度為1.0×10-4mol/ml～1.0×10-2mol/ml的過硫酸胺水溶液，經(jīng)抽濾、洗滌、干燥得黑色的摻雜態(tài)聚吡咯。(2)將上述摻雜態(tài)聚吡咯與間甲酚按摩爾比10-4∶1～0.1∶1進(jìn)行混合。(3)將上述摻雜態(tài)聚吡咯的間甲酚溶液與乙醇溶液按體積比1∶9～1∶1混合后制得分散劑溶液。
全文摘要
本發(fā)明的一種碳納米管的分散劑為可溶性導(dǎo)電聚吡咯(PPY－RSO
文檔編號C08F132/00GK1251845SQ98120629
公開日2000年5月3日 申請日期1998年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月19日
發(fā)明者萬梅香, 范俊華 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所