[发明专利]自支持导电聚合物薄膜与复合膜的制法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新颖、简单的制备自支持导电聚合物薄膜及其复合膜的方法，属于材料制备技术开发领域。

背景技术

导电聚合物由于具有较高的导电率、稳定性、易于掺杂以及特殊的光、电、声等方面的性质，在传感器、太阳能电池、电极材料、固体电容器、电磁屏蔽材料等方面具有潜在的应用，近年来受到科研工作者们的广泛关注和研究兴趣。这些应用都需要制备出导电聚合物的薄膜。传统的导电聚合物薄膜的制备主要有化学氧化聚合和电化学聚合。这两种方法都是将该聚合物沉积到导电性或非导电性的基底上。若要得到自支持的薄膜，还需在此基础上将薄膜从基底上剥离下来。制备工艺复杂，对基底的要求高，对膜的厚度、形貌无法做到精确可控。为此，寻求一种一步成膜便可制备出大面积、厚度和形貌可控的高质量自支持导电聚合物薄膜的制法，并由该导电聚合物薄膜衍生出各种功能应用性的复合膜便显得尤为必要。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种自支持导电聚合物薄膜与复合膜的制法，并提出了由该制法制得的自支持导电聚合物薄膜与复合膜的应用。

本发明的第一个目的，将通过以下技术方案来实现：

自支持导电聚合物薄膜的制法，其特征在于：所述聚合物薄膜的制备环境为气液两相界面，含有聚合单体的离子液体混合液曝露于空气中，并在离子液体与空气的接触界面自发生长形成自支持导电聚合物薄膜。其中该离子液体的溶剂可选之一为1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate。

实现本发明的第一个目的，还可通过以下技术解决方案：

自支持导电聚合物薄膜的制法，其特征在于：所述聚合物薄膜的制备环境为液液两相界面，一相为含有聚合单体的离子液体，另一相为与离子液体互不相溶的有机溶液，且有机溶液与离子液体两相呈上、下分层，并在离子液体与有机溶液的接触界面自发生长形成自支持导电聚合物薄膜。

本发明的另一个目的，得以实现的技术方案是：

所述聚合物复合膜的制备环境为气液两相界面或液液两相界面，在液相界面自发成膜的过程中，将具有特定功能的无机纳米材料掺入离子液体，自发生长形成自支持导电聚合物复合膜。

进一步地，前述自支持导电聚合物复合膜的制法，其中该无机纳米材料包括纳米粒子、纳米线、纳米管及纳米片层中的一种或多种混合。

本发明的再一个目的，其应用的实现方式是：对制得的自支持导电聚合物薄膜或复合膜进行功能化后，用于传感器、显示器、人工肌肉，以及基于光、电、磁功能的环境监测中。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的创新点主要体现在：

利用气/液界面和液/液界面作为聚合反应的反应场，通过界面的自发生长，一步法制备出两面均一、厚度可控的自支持导电聚合物薄膜或制备出两面非对称的(一面光滑，一面粗糙)自支持导电聚合物薄膜。能有效克服传统化学氧化或电化学制备导电聚合物薄膜，特别是自支持导电聚合物薄膜制备时工艺复杂繁琐、对导电或非导电基底依赖性高、可控性差等缺点。该方法简便易操作，可控性强。同时，本技术易于对制备中的或制备出的导电聚合物薄膜进行功能化修饰。

附图说明

图1是本发明制法一气离子液体两相界面成膜实施例的模拟示意图；

图2是由本发明制得的大尺寸聚合物薄膜在水面上的照片；

图3是由本发明制得的聚合物薄膜的SEM截面示意图。

具体实施方式

本发明为克服传统导电聚合物薄膜制备上的缺陷，构想并提供了一种自支持导电聚合物薄膜与复合膜的制法，为导电聚合物薄膜的应用开创了一种新颖、简单的制备方法。其详细过程可以包括以下几个步骤：

1)如图1所示的自支持导电聚合物薄膜制法的模拟示意图可见，在含有导电聚合物单体2的离子液体4中，其气液两相界面或液液两相界面自发生长制备均一的自支持导电聚合物薄膜1，通过改变反应条件，可实现对薄膜的表面平滑度、厚度的可控。同时还能制备出具有多孔结构的薄膜，这是本发明制法的基本特征。

2)从制法改良或拓展来看，将制备出的自支持导电聚合物薄膜进行氧化掺杂，即增加离子液体4中氧化剂3的含量，或将该膜与碘蒸汽反应，可得到具有高导电率的聚合物薄膜。

3)在界面成膜过程中将具有特定功能的无机纳米材料复合到聚合物薄膜中从而制备出有机/无机纳米材料复合的聚合物薄膜。

4)对制备出的自支持导电聚合物薄膜进行后功能化，从而赋予其新的功能。