[发明专利]一种碳纳米管复合薄膜的制备方法及其制备的碳纳米管复合薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜纳米材料的制备方法，尤其涉及一种碳纳米管复合薄膜的制备方法及其制备的碳纳米管复合薄膜。

背景技术

近年来，碳纳米管复合薄膜由于其独特的力学、电磁学、光学、化学和热传导等性能而引起了人们广泛的兴趣和极大的关注。基于其独特的物理化学性能，碳纳米管复合薄膜在纳米电子器件、平板显示、电化学检测、传感器、污染物分离乃至组织工程材料等方面有着良好的潜在应用前景。

碳纳米管复合薄膜的制备方法通常有真空抽滤法、旋涂法、液相化学沉积法和溶液共混法等。然而由于碳纳米管本身具有很高的比表面积、碳纳米管之间存在较强的相互作用，加之碳纳米管与聚合物之间的相容性较差，导致碳纳米管容易在聚合物中团聚而发生相分离。因而，上述传统制备方法难以将碳纳米管的优异的性能与聚合物复合。此外，上述方法大都需要用到大量有毒有害的有机溶剂以分散碳纳米管和溶解聚合物，制备过程不符合绿色环保的要求，也不利于大规模工业化生产。

层层自组装技术可以实现构筑基元在纳米尺度上的自组装，因而可以有效地解决碳纳米管在复合物中的相分离问题。但是，目前研究者主要通过基于非共价相互作用（如静电作用）的层层自组装技术制备碳纳米管复合薄膜，所得的碳纳米管复合薄膜稳定性较差。

如公开号为CN101354374B的专利文献公开了一种层层自组装制备壳聚糖-碳纳米管-染料-酶多层膜修饰电极的方法，将带有负电荷的电极分别置入壳聚糖-碳纳米管溶液、聚电解质-染料溶液、酶、聚电解质-染料溶液中进行组装操作使带有负电荷的电极表面附着修饰膜，循环所述的组装操作直至带有负电荷的电极表面的修饰膜达到预定厚度，得到（壳聚糖-碳纳米管/聚电解质-染料/酶/聚电解质-染料）_n多层膜修饰电极。

上述专利文献中公开的制备方法中，各层间通过非共价相互作用力相结合，然而非共价相互作用较弱，导致制备的碳纳米管复合薄膜稳定性较差，需要经过进一步的后处理来实现化学交联，但该处理过程耗时且复杂（Mamedov AA,Kotov NA,Prato M,Guldi DM,Wicksted JP,Hirsch A.Molecular design of strong single-wall carbon nanotube/polyelectrolyte multilayer composites.[J]Nature materials,2002,1(3):190-194.），从而限制了碳纳米管复合膜的推广和实际应用。

因此，提供一种简单、直接且环境友好的碳纳米管复合薄膜的制备方法是势在必行的。

发明内容

本发明提供了一种共价交联的碳纳米管复合薄膜的制备方法，以儿茶酚胺改性的碳纳米管和带有氨基或巯基的水溶性聚合物为原料，在席夫碱（Schiff base）或迈克尔加成（Michael Addition）反应形成的化学键作用下实现层层自组装，得到了具有良好稳定性、韧性、机械强度及透明性的碳纳米管复合薄膜。该制备方法简便、能耗低、易于工业化生产。

一种碳纳米管复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将三羟甲基氨基甲烷溶解于水中，加入盐酸调节，得到pH为7～12的混合液，向混合液中加入碳纳米管，得到分散液I，超声分散均匀后，将1份儿茶酚胺加入到100～10000份分散液I中，室温下搅拌0.5～72h，得到表面改性碳纳米管的分散液Ⅱ；

所述表面改性碳纳米管的分散液Ⅱ浓度为10^-5～1g/mL；

（2）将带有氨基或巯基的水溶性聚合物与溶剂A混合，得到聚合物溶液；所述的聚合物溶液的浓度为10^-5～1g/mL，pH值为7～12；

（3）将基底浸入步骤（2）得到的聚合物溶液中，5min～2h后取出，经溶剂A洗涤后吹干；再将其浸入步骤（1）得到的表面改性碳纳米管的分散液Ⅱ中，5min～2h后取出，经溶剂A洗涤后吹干；

（4）重复步骤（3）若干次，得到所述的碳纳米管复合薄膜。

儿茶酚胺是一种含有邻苯二酚(即儿茶酚)和胺基的化合物，包括多巴、多巴胺、去甲肾上腺素和肾上腺素及它们的衍生物，该类物质在弱碱性条件下会发生氧化自聚合。作为优选，所述的儿茶酚胺为多巴、多巴胺或去甲肾上腺素，上述几种儿茶酚胺的聚合产物具有良好的生物相容性，且能够稳定附着于待修饰物的表面。

步骤（1）所述混合液的pH值为7～12，作为优选，所述的pH值为7～9。pH值优选在上述范围内，儿茶酚胺氧化自聚合反应的反应速率较快，且聚合产物能够稳定存在。