[发明专利]一种纳米孔聚酰亚胺薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米孔聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，是将分散剂/无机纳米填料/聚酰胺酸/酰胺类溶剂混合体系制成分散剂/无机纳米填料/聚酰胺酸复合体系，铺膜后经亚胺化得到分散剂/无机纳米填料/聚酰胺亚胺复合物薄膜，然后采用热水浸泡该复合物薄膜，使分散剂和无机纳米填料迁移至水中形成纳米孔聚酰亚胺薄膜，该方法先将纳米填料在含有分散剂的酰胺类溶剂中进行物理改性，改性后的纳米填料表面被分散剂包覆，能均匀分散在聚酰亚胺中，分散效果好，与聚酰亚胺具有良好的相容性；将成型后的薄膜放入热水中浸泡，分散剂和纳米填料迁移到水中，得到具有纳米孔结构尺寸大小均一，分布均匀的聚酰亚胺薄膜。

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺薄膜技术领域，具体是一种纳米孔聚酰亚胺薄膜的制备方法。

背景技术

当今时代，在物联网和人工智能科技的快速发展下，人们逐渐对生活质量有了新的认识，可穿戴监测设备逐渐进入人们的视野，各式各样能够采集人体生命体征信号，并能够对信号进行识别和转换的可穿戴柔性电子装置兴起。而可穿戴储能器件是驱动可穿戴电子传感器件正常运行必不可少的，由此可见，易集成、微型的储能器件是构建柔性可穿戴电子监测设备的首选。其中，柔性电池、超级电容器以及自供电系统是目前主要用到的柔性可穿戴电子器件的供电器件。

传统的柔性二维材料的离子或电子能够在水平方向上很好的传输，但是垂直方向上的传输存在困难，这种材料的电极反应很难深入到电极内部和实现快速充放电，这很不利于超级电容器的功率密度提高和改善，同时，也不利于器件实现快速储存能量。研究发现，多孔材料能保证材料在具高的比电容的条件下，实现材料在垂直方向上的电子和离子的快速传输，这将对优化超级电容器的功率密度，实现器件的快速储能具有重要的价值。

传统的孔洞获取途径主要包括以下几种：

（1）氧化还原孔洞化机制：对于过渡金属氧化物、过渡金属碳化物和/或氮化物等利用其组成元素与氧化剂或还原剂之间的氧化还原反应，可以实现此类材料孔洞化及材料多孔性。

（2）模板导向孔洞化机制：通过选择合适的模板制备具有各种形态多孔材料和结构。

本申请制备的纳米孔聚酰亚胺薄膜作为柔性材料，不仅具有电气性能、高强度模量、耐辐射、耐热性能等优点，更具有能够提供离子和电子在垂直方向上传输的通道。具有多孔结构的聚酰亚胺薄膜能够很大程度上的提高其作为柔性器件的性能，对于可穿戴器件的持续发展来说，其仍具有很大研究价值。

使用原位聚合的方法，将分散剂包覆纳米填料和聚酰胺酸生成复合体系，通过高温亚胺化制成的薄膜，通过热水浸泡使分散剂和纳米填料迁移到水中，从而获得具有纳米孔的聚酰亚胺薄膜，这种方法得到的薄膜具有广泛的使用前景。因此，本发明提供一种多孔结构的聚酰亚胺薄膜的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米孔聚酰亚胺薄膜的制备方法，该方法与传统的孔洞制作机制不同，利用分散剂使纳米填料在聚合物中均匀分散，热水浸泡使分散剂和纳米填料迁移到水中，从而得到一种具有孔洞大小均一，孔洞分布均匀的薄膜，其制作方法简便。

实现本发明目的的技术方案是：

一种纳米孔聚酰亚胺薄膜的制备方法，是将分散剂/无机纳米填料/聚酰胺酸/酰胺类溶剂混合体系制成分散剂/无机纳米填料/聚酰胺酸复合体系，铺膜后经亚胺化得到分散剂/无机纳米填料/聚酰胺亚胺复合物薄膜，然后采用热水浸泡该复合物薄膜，使分散剂和无机纳米填料迁移至水中形成纳米孔聚酰亚胺薄膜，具体包括如下步骤：

1）将无机纳米填料分散在溶有分散剂的酰胺类溶剂中，得到分散剂/纳米填料/酰胺类溶剂体系；

2）将二元胺单体溶于酰胺类溶剂中，分批加入二元酐单体，待二元酐单体全部加入后，常温下混合均匀，制得前驱体聚酰胺酸溶液；