一种聚3‑己基噻吩/碳纳米管复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚3‑己基噻吩/碳纳米管复合材料及制备方法。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。其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；(2)利用高能超声波将碳纳米管均匀分散于步骤(1)中制得的聚3‑己基噻吩/高分子量聚合物混合溶液中；(3)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。本发明专利技术提供的复合材料，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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种聚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，按照本专利技术的一个方面，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。按照本专利技术的另一方面，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，通过本专利技术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)本专利技术提供的聚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)本专利技术提供的聚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)本专利技术提供的聚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。(4)本专利技术提供的聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料制备方法，尤其适合制作复合纤维，利用聚氧化乙烯来提高聚3-己基噻吩溶液的黏度；同时利用聚3-己基噻吩和碳纳米管之间的π-π相互作用，防止碳纳米管的缠绕。附图说明图1是未处理的碳纳米管在溶液中的分散情况；图2是经过超声处理后碳纳米管在聚3-己基噻吩溶液中的形貌；图3和图4是经过超声处理后碳纳米管在聚3-己基噻吩溶液中的分散情况；图5是静电纺丝制备的复合纤维材料。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，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。所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管，所述聚3-己基噻吩立构规整度大于90％，数均分子量在40000至75000之间。复合材料为复合膜或者复合纤维。本专利技术提供的聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，其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。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。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。(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\本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚3‑己基噻吩/碳纳米管复合材料，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，其特征在于，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5
μm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。
2.如权利要求1所述的聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，其特征在
于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
3.如权利要求1所述的聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，其特征在
于，所述聚3-己基噻吩立构规整度大于90％，数均分子量在40000至75000
之间。
4.如权利要求1所述的聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料，其特征在
于，所述复合材料为复合膜或者复合纤维。
5.如权利要求1至4任意一项所述的聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材
料的制备方法，其特征在于，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-...

【专利技术属性】
技术研发人员：周兴平，刘星雨，解孝林，薛志刚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42