[发明专利]聚（3，4-二氧乙基）噻吩包覆碳纳米管的复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳材料与导电聚合物复合材料领域，涉及碳纳米管与聚噻吩类导电聚合物复合材料的制备方法，特别涉及以有机溶剂、表面活性剂和水三相体系为基础，原位化学聚合法制备电性能优异的由聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)包覆碳纳米管的复合材料的方法。 

背景技术

导电聚合物由于兼具聚合物结构多样、易于加工、价廉等特性以及具有半导体、金属的电性能等，有望用于储能器件、发光器件、传感器件、电致变色等器件，由此引起了国内外科学家的广泛关注。碳纳米管(carbon nanotube，CNT)，由于其独特的结构和物理、化学特性(Nature，1993，363，603-605)，一经问世，也备受国内外研究者的青睐。近年来，将碳纳米管与导电聚合物(CNTs/conductive polymers)复合，利用二者的“协同作用”，保持碳纳米管的强机械支撑作用，以及一维网络结构同时赋予导电聚合物的柔韧性能，在超级电容器中提高电容特性(Journal of Physics and Chemistry of Solids，2004，65，295-301)，在隐身材料中提高雷达吸收特性(Synthetic Metals，2006，156，497-505)、在热电材料中提高热电特性(ACS Nano，2010，4，513-523)等，因此，导电聚合物与碳纳米管的复合成为很有吸引力的课题。 

制备碳纳米管与导电聚合物复合材料的方法很多，目前主要以电化学方法为主，Peng等(Electrochimica Acta，2007，53，525-537)利用电化学共沉积法得到了导电聚合物聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)、聚苯胺(PANt)、聚吡咯(PPy)与碳纳米管的复合物并分别研究、比较了三种复合物作为超级电容器电极材料的电化学特性；Gao Mei和Dai Liming等人(AngewandteChemie International Edition，2000，39，3664-3667)通过电化学沉积法得到了导电聚合物PANI和PPy分别与碳纳米管的复合物阵列。电化学方法的优点是易于获得高度有序的复合物阵列或者是尺寸极小的纳米结构复合物材料，但是电化学方法本身存在一定的局限性，如实验的稳定性、重复性较难控制且可反应面积较小，不利于规模化生产等等。Sreeram Vaddiraju等人(ACS AppliedMaterials & Interfaces，2009，1，2565-2572)提出了一种新的方法，利用化 学氧化气相沉积(oCVD)可控制备了高度有序的阵列结构碳纳米管与导电聚合物PEDOT及环氧树脂的复合材料，这种气相沉积法对于实验条件的要求也比较苛刻。原位化学聚合法，反应条件温和，易于控制。E.Frackowiak等人(Journal of Power Sources，2006，153，413-418)通过原位化学聚合分别得到了导电聚合物PANI、PPy和PEDOT与多壁碳纳米管的复合物。其中PANI包覆碳纳米管的形貌较好，PPy、PEDOT与CNTs复合物中，均出现未包覆到碳纳米管表面的聚合物小球状产物；特别是PEDOT包覆到碳纳米管上较少，更多地表现出PEDOT自身聚合的趋势，导致二者在体系中独立存在。本发明提出以有机溶剂、表面活性剂和水三相体系为基础，以碳纳米管自身为模板、原位化学聚合制备电性能优异的由聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)很好包覆碳纳米管纤维的复合材料的方法。该方法主要是通过调控体系中氧化剂溶液浓度以及碳纳米管在体系中的固含量，特别是调控体系中水与表面活性剂的摩尔比，获得不同电导率的由聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)包覆碳纳米管的复合材料，方法简便、可控且利于大规模合成。 

发明内容

本发明的目的是提供一种在有机溶剂、表面活性剂和水三相体系中，以碳纳米管自身为模板、原位化学聚合制备电性能优异的由聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)包覆碳纳米管的复合材料的方法。 

本发明的聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)包覆碳纳米管纤维的复合材料是通过在有机溶剂、表面活性剂、水三相体系中，加入氧化剂溶液、碳纳米管分散液和(3，4-二氧乙基)噻吩(EDOT)单体，通过原位化学聚合法得到的，该制备方法包括以下步骤： 

a)称取一定量的碳纳米管，将其超声分散于去离子水中，得到固含量为0.3～3wt％的碳纳米管分散液； 

b)称取一定质量的氧化剂，将其溶于去离子水中，搅拌溶解，得到含有浓度为12～16mol/L氧化剂的水溶液；