一种碳纳米管-共轭聚合物复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管-共轭聚合物复合材料的制备方法，将单壁碳纳米管加入到硝酸溶液中加热搅拌，离心收集黑色固体沉淀，用去离子水洗涤后干燥，得到SWCNT-COOH；将其加入到二氯亚砜中，加热搅拌后冷却，离心收集表面黑色固体沉淀，将其用三氯甲烷洗涤后干燥，得到SWCNT-COCl；将3-辛基噻吩溶解于二甲基亚砜中，然后加入SWCNT-COCl和AlCl3，加热搅拌后冷却，用去离子水洗去过量的AlCl3后干燥，再用甲醇反复洗涤后干燥即得。本发明专利技术方法通过对碳纳米管羧基化、酰氯化以及与聚三辛基噻吩之间的反应温度和反应时间的控制，有效调控聚三辛基噻吩和碳纳米管之间的界面形貌。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料制备
，具体涉及一种碳纳米管-共轭聚合物复合材料的制备方法。
技术介绍
过去十多年以来，人们致力于碳纳米管进行有机共价化学改性和有机非供价化学改性，以改善其溶解性能，并调节其光学和电学特性。其中通过有机供价化学改性的方法可以将共轭有机分子或者共轭聚合物连接到碳纳米管的表面，能够增强碳纳米管和共轭分子之间的π-π电子相互作用，从而更为有效的调节碳纳米管的光学和电学金属特性。对有机供价化学改性而言，需要在碳纳米管表面引入具有反应活性的官能团。碳纳米管表面的官能团密度，对有机共轭聚合物与碳纳米管之间的界面形貌、进而对所得有机共轭聚合物/碳纳米管复合材料的光学和电学特性而言，是至关重要的因素。但是，到目前为止，尚未见到通过调节碳纳米管表面的官能团密度，对聚合物和碳纳米管之间界面形貌进行有效调控的报导。因此，如何通过调节碳纳米管表面官能团密度对聚合物和碳纳米管之间界面形貌进行有效调控成为碳纳米管有机供价化学改性领域内的关键课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种碳纳米管-共轭聚合物复合材料的制备方法，能够有效调控碳纳米管和共轭聚合物界面形貌。本专利技术所采用的技术方案是，一种碳纳米管-共轭聚合物复合材料的制备方法，具体步骤为：步骤1，将单壁碳纳米管加入到硝酸溶液中，加热并磁力搅拌，然后离心分离收集黑色固体沉淀，将其用去离子水反复洗涤后干燥，得到SWCNT-COOH；步骤2，将步骤1得到的SWCNT-COOH10～100mg加入到20～100ml二氯亚砜中，加热并磁力搅拌后冷却，然后离心分离收集表面黑色固体沉淀，将其用三氯甲烷反复洗涤后干燥，得到表面带有酰氯基团的SWCNT-COCl；步骤3，将0.1～0.9g聚3-辛基噻吩溶解于50ml二甲基亚砜中，然后依次加入0.05～0.2gSWCNT-COCl和0.1～0.8g无水AlCl3，加热并磁力搅拌后冷却，然后用去离子水洗去过量的AlCl3，然后置于真空烘箱中100℃下干燥12h，再将棕黑色产物用甲醇反复洗涤，置于真空烘箱中80℃下干燥12h，即得。本专利技术的特点还在于，步骤1中硝酸溶液的浓度为0.1～14mol/L，加热温度为25～100℃，磁力搅拌时间为0.5～24h。步骤1中离心分离过程中离心机的转速为5000～10000转/分；干燥是在真空烘箱中加热到100℃干燥12h。步骤2中加热温度为50℃-70℃，磁力搅拌2～24h。步骤2中三氯甲烷要经过严格除水处理，即加入金属钠丝回收处理24h；干燥是在真空箱中70℃干燥12h。步骤3中二甲基亚砜要经过严格除水处理，即加入金属钠丝回收处理24h。步骤3中加热温度为25-105℃，磁力搅拌0.5-24h。本专利技术的有益效果是，本专利技术碳纳米管-共轭聚合物复合材料的制备方法，通过对碳纳米管羧基化、酰氯化以及与聚三辛基噻吩之间的反应温度和反应时间的控制，可以有效调控聚三辛基噻吩和碳纳米管之间的界面形貌。进而对于深入全面有机共价化学修饰法对碳纳米管在光学和电学性质方面的影响具有重要的基础性意义。附图说明图1是聚3-辛基噻吩均匀包覆在碳纳米管表面的电镜照片；图2是聚3-辛基噻吩与碳纳米管形成项链状形貌的电镜照片；图3是聚3-辛基噻吩均匀包覆在碳纳米管表面的电镜照片。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术碳纳米管-共轭聚合物复合材料的制备方法，具体步骤为：步骤1，将单壁碳纳米管加入到浓度为0.1～14mol/L硝酸溶液中，加热至25～100℃并磁力搅拌0.5～24h，然后离心分离收集黑色固体沉淀，离心机的转速为5000～10000转/分，将其用去离子水反复洗涤后在真空烘箱中加热到100℃干燥12h，得到SWCNT-COOH；步骤2，将10～100mg步骤1得到的SWCNT-COOH加入到20～100ml二氯亚砜中，加热至50℃-70℃并磁力搅拌2～24h后冷却，然后离心分离收集表面黑色固体沉淀，将其用三氯甲烷(三氯甲烷要经过严格除水处理，即加入金属钠丝回收处理24h)反复洗涤后干燥是在真空箱中70℃干燥12h，得到表面带有酰氯基团的SWCNT-COCl；步骤3，将0.1～0.9g聚3-辛基噻吩溶解于50ml二甲基亚砜(二甲基亚砜要经过严格除水处理，即加入金属钠丝回收处理24h)中，然后依次加入0.05～0.2gSWCNT-COCl和0.1～0.8g无水AlCl3，加热至25-105℃并磁力搅拌0.5-24h后冷却，然后用去离子水洗去过量的AlCl3，然后置于真空烘箱中100℃下干燥12h，再将棕黑色产物用甲醇反复洗涤，置于真空烘箱中80℃下干燥12h，即得。本专利技术制备方法通过控制步骤1和步骤3的反应温度和反应时间，可以有效调控所得碳纳米管-共轭聚合物复合材料的微观界面形貌，主要形成三种不同的微观界面形貌：(1)当步骤1中硝酸浓度为0.1-2mol/L，反应温度低于25-40℃，反应时间小于2h，所得碳纳米管-共轭聚合物复合材料呈现出同轴包覆结构，且包覆层较薄，厚度小于25nm，如图1所示；(2)当步骤1中硝酸浓度为2-6mol/L，反应温度介于40-60℃，反应时间介于2-6h，步骤3中反应温度介于40-65℃，反应时间介于2-6h，所得碳纳米管-共轭聚合物复合材料呈现出独特的项链状微观形貌，如图2所示；(3)而当步骤1中硝酸浓度为6-14mol/L，反应温度为60-100℃，反应时间为12-24h，步骤3中反应温度为65-105℃，反应时间为12-24h，所得碳纳米管-共轭聚合物复合材料呈现出同轴包覆的微观界面形貌，且包覆层较厚，厚度超过100nm，如图3所示。实施例1步骤1，将0.3g单壁碳纳米管放置于浓度为1mol/L硝酸溶液中，温度30℃，进行磁力搅拌1h。然后在5000转/分的条件下离心1h，收集黑色固体沉淀，用去离子水反复洗涤，然后置于真空烘箱中加热到100℃干燥12h，即得到SWCNT-COOH，待用；步骤2，将步骤1所得的SWCNT-COOH(50mg)，加入到二氯亚砜(50mL)中，加热到50℃，磁力搅拌2h。冷却后，在6000转/分的条件下离心1h，收集表面黑色固体沉淀。然后用经过严格除水处理的三氯甲烷(加入金属钠丝回流处理24h)将所收集的黑色沉淀反复洗涤，然后置于真空烘箱中，70℃，干燥12h本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管‑共轭聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1，将单壁碳纳米管加入到硝酸溶液中，加热并磁力搅拌，然后离心分离收集黑色固体沉淀，将其用去离子水反复洗涤后干燥，得到SWCNT‑COOH；步骤2，将步骤1得到的SWCNT‑COOH10～100mg加入到20～100ml二氯亚砜中，加热并磁力搅拌后冷却，然后离心分离收集表面黑色固体沉淀，将其用三氯甲烷反复洗涤后干燥，得到表面带有酰氯基团的SWCNT‑COCl；步骤3，将0.1～0.9g聚3‑辛基噻吩溶解于50ml二甲基亚砜中，然后依次加入0.05～0.2gSWCNT‑COCl和0.1～0.8g无水AlCl3，加热并磁力搅拌后冷却，然后用去离子水洗去过量的AlCl3，然后置于真空烘箱中100℃下干燥12h，再将棕黑色产物用甲醇反复洗涤，置于真空烘箱中80℃下干燥12h，即得。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管-共轭聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，具体步
骤为：
步骤1，将单壁碳纳米管加入到硝酸溶液中，加热并磁力搅拌，然后离
心分离收集黑色固体沉淀，将其用去离子水反复洗涤后干燥，得到
SWCNT-COOH；
步骤2，将步骤1得到的SWCNT-COOH10～100mg加入到20～100ml
二氯亚砜中，加热并磁力搅拌后冷却，然后离心分离收集表面黑色固体沉淀，
将其用三氯甲烷反复洗涤后干燥，得到表面带有酰氯基团的SWCNT-COCl；
步骤3，将0.1～0.9g聚3-辛基噻吩溶解于50ml二甲基亚砜中，然后依
次加入0.05～0.2gSWCNT-COCl和0.1～0.8g无水AlCl3，加热并磁力搅拌后
冷却，然后用去离子水洗去过量的AlCl3，然后置于真空烘箱中100℃下干燥
12h，再将棕黑色产物用甲醇反复洗涤，置于真空烘箱中80℃下干燥12h，
即得。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管-共轭聚合物复合材料的制备方法，其
特征在于，步骤1中硝酸溶液的浓度为0.1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯进，易文辉，弥曼，
申请(专利权)人：西安医学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61