[发明专利]一种聚3‑己基噻吩/碳纳米管复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，更具体地，涉及一种聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料及制备方法。

背景技术

聚3-己基噻吩因其优良的电光性能、环境稳定性和可溶解性在太阳能电池、电致变色器件、化学传感器、电磁屏蔽材料等领域具有广泛应用前景。另一方面，碳纳米管因其优异的机械性能、导热性能和电学性能，成为功能或结构复合材料的优良填料。与碳纳米管复合已被用于提高聚3-己基噻吩薄膜的载流子迁移率、光电转化效率等特性。

然而，由于碳纳米管之间存在较强的范德华力，碳纳米管通常会因发生团聚而不能很好地分散在复合材料中，导致复合材料的电学性能、力学性能和导热性能不理想。若采用强烈的化学或者物理手段提高碳纳米管的分散性，则会造成碳纳米管的形貌结构遭到破坏，影响复合材料的电学性能、力学性能和导热性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料及制备方法，其目的在于通过高能超声及聚3-己基噻吩包覆的方法，制备碳纳米管形貌完整、分布均匀的复合材料，由此解决现有的聚3-己基噻吩与碳纳米管复合的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，所述复合材料中含有聚3-己基噻吩30wt％至80wt％以及均匀分散的碳纳米管1wt％至15wt％，所述碳纳米管形貌完整，其直径在40nm至60nm之间，其长度在5μm至15μm之间，所述碳纳米管表面包覆有厚度在3nm至10nm之间的聚3-己基噻吩。

优选地，所述聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，其碳纳米管为多壁碳纳米管。

优选地，所述聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，其聚3-己基噻吩立构规整度大于90％，数均分子量在40000至75000之间。

优选地，所述聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，其所述复合材料为复合膜或者复合纤维。

按照本发明的另一方面，提供了所述聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚3-己基噻吩和高分子量聚合物均匀分散于有机溶剂中，得到聚3-己基噻吩/高分子量聚合物混合溶液，其中聚3-己基噻吩浓度在0.2wt％至10wt％之间，高分子量聚合物浓度在0.2wt％至2wt％之间；

(2)利用高能超声波将碳纳米管均匀分散于步骤(1)中得到的聚3-己基噻吩/高分子量聚合物混合溶液中，得到聚3-己基噻吩/碳纳米管/高分子量聚合物分散液，其中碳纳米管的添加量为1wt％至15wt％，高能超声波功率为300-500W,每工作3-5s间隔1-3s，超声5-20min；

(3)将步骤(2)中制得的聚3-己基噻吩/碳纳米管/高分子量聚合物分散液浇铸或者纺丝成型，即得到所述聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料。

优选地，所述制备方法，其所述高分子量聚合物为聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚己内酯中的一种。

优选地，所述制备方法，其所述有机溶剂为氯仿、氯苯、四氢呋喃、邻二氯苯、对二氯苯中的一种或二种混合物。

优选地，所述制备方法，其所述碳纳米管为多壁碳纳米管，其直径在40nm至60nm之间，其长度在5μm至15μm之间。

优选地，所述制备方法，其所述聚3-己基噻吩/碳纳米管/高分子量聚合物分散液，其中碳纳米管相互分离。

优选地，所述制备方法，其步骤(3)将步骤(2)中制得的聚3-己基噻吩/碳纳米管/高分子量聚合物分散液纺丝成型，纺丝成型条件如下：静电压范围为5kV至20kV；注射泵输送速率为0.02mL/min至5mL/min；收集器的接收距离为5cm至20cm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，其中碳纳米管形貌完整且分散均匀，取得了良好的电学、力学和导热等综合性能。

(2)本发明提供的聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，可为制成复合膜或者复合纤维，尤其适合作为复合纤维，进一步提高其比表面积、光电性能和力学性能等；

(3)本发明提供的聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料制备方法，开发了一套高能超声间歇性工作的分散方法，并通过大量实验获得了该高能超声方法的一系列参数，包括超声功率，工作时间、间隔时间、超声总时间，在保证碳纳米管的形貌不遭到破坏的前提下，包覆聚3-己基噻吩并均匀分散。