[发明专利]一种导电高分子气凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气凝胶及其制备方法，特别涉及一种导电高分子气凝胶及其制备方法。

背景技术

导电高分子是一类独特的能够显示出金属或者半导体的电学和光学特性的有机材料。导电高分子除了具有金属(高电导率)和半导体特性外，还保留了高分子的结构多样性、可加工和比重轻等特点。一些简单的导电高分子材料，如聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等，可以通过化学氧化的方法大量制备，也可以通过电化学的方法成膜。由于导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能，使得它在能源、光、电子器件等方面都有诱人的应用前景，有些已向实用化方向迈进。多孔导电高分子材料，由于能够把高比表面积特性与光电性能有机地结合起来，因而在许多领域表现出巨大的潜在应用价值。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的规定，孔径大于50纳米的材料称为大孔材料，孔径介于2～50纳米之间的材料称为介孔材料，而孔径小于2纳米的材料称为微孔材料。从理论上讲，许多导电高分子链的固有刚性，使得这些导电高分子能够形成许多微孔，这可以从最新合成出的微孔聚芳乙炔(其BET表面积可以达到1000m²/g)中得到证实。而介孔或者大孔导电高分子材料的制备，尤其是聚苯胺或者聚吡咯，一般是以有机生物分子或者胶体纳米粒子作为模板，采用溶液化学或者电化学氧化的方法制备的。

另一方面，气凝胶是具有低密度和高比表面积的高度多孔性纳米材料。它是采用特殊工艺把湿凝胶中的液体用气体来置换而不显著改变凝胶网络的结构或者体积而得到的。自从二十世纪三十年代出现气凝胶的报道以来，气凝胶由于其优异的性能，如：高度光学透明性(透光度＞90％)、巨大的比表面积(大约1000m²g^-1)、低折光指数(折光指数＜1.01)、高绝热隔音性能、低介电常数(约为1.1)等性能，在许多方面得到了广泛的应用。根据气凝胶结构单元的材料属性划分，气凝胶主要有三种：无机气凝胶、有机气凝胶、有机/无机杂化气凝胶。最常见的气凝胶是通过溶胶-凝胶法聚合无机金属氧化物或者金属硫化物而合成的。无机气凝胶的脆性最大，但当缓慢施加载荷时，无机气凝胶却表现出极高的压缩强度。为了降低无机气凝胶的脆性，研究人员采用延长凝胶的老化时间、采用有机高分子交联、凝胶表面的疏水改性等措施，以达到增强气凝胶的多孔骨架结构的目的。基于天然产物及其衍生物的有机气凝胶是最先出现的一类气凝胶。采用甲苯二异氰酸酯交联的醋酸纤维素气凝胶则表现出了极高的冲击强度。到目前为止研究的最广泛深入的有机气凝胶则当属间苯二酚/甲醛气凝胶与三聚氰胺/甲醛气凝胶，这些有机气凝胶可以在弱碱性条件下，通过间苯二酚或者三聚氰胺与甲醛的缩聚反应而得到。其它有机气凝胶则包括聚丙烯睛气凝胶、聚氨酯气凝胶等。与无机气凝胶相比，有机气凝胶的光学透明性较差，但其脆性却较低。当无机陶瓷的结构网络中嵌入有机功能小分子或者高分子时，如在合成无机二氧化硅气凝胶时原位掺杂卟啉锰；或者有机的结构网络中嵌入功能无机化合物时，如在合成间苯二酚/甲醛有机气凝胶时原位掺杂无机铈离子，则可以得到有机/无机杂化气凝胶。根据气凝胶的电学性能划分，气凝胶主要分为：导电气凝胶和非导电气凝胶。由间苯二酚/甲醛气凝胶或者三聚氰胺/甲醛气凝胶高温裂解制备而成的碳气凝胶则是有史以来的第一类导电气凝胶。后来，金属气凝胶、金属氧化物气凝胶、金属硫化物气凝胶、金属硒化物气凝胶、甚至由碳纳米管作为结构单元的导电气凝胶等，也都先后有了报道。这些导电气凝胶，不仅能应用于非导电气凝胶使用的场合，而且还可以作为电力电子器件的关键组分使用。

现有技术中，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提供一种气凝胶及其制备方法，方法简单，且制备的气凝胶能够具备导电高分子的特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种导电高分子气凝胶及其制备方法，该方法的工艺简单，且制备的气凝胶能够具备导电高分子的特性。

为了解决上述问题，本发明公开了一种导电高分子气凝胶的制备方法，包括：

在中性或者酸性水溶液中，加入(3，4)乙撑二氧噻吩和高分子聚电解质，进行超声分散或者机械搅拌直到形成均匀的悬浮液；所述悬浮液稳定存在至少0.5～24小时；

将所述悬浮液的温度调至水的冰点和室温之间，加入氧化剂的中性或者酸性水溶液，搅拌30秒～30分钟后，在室温和水的沸点温度之间静置2～48小时，得到导电高分子水凝胶；

通过对所述导电高分子水凝胶进行干燥，获得导电高分子气凝胶。