本发明专利技术公开了一种樟脑磺酸掺杂的聚吡咯纳米纤维材料、制备方法及应用。所述纳米纤维通过樟脑磺酸进行掺杂，具有手性螺旋空心结构，该纳米纤维材料具有高介电性，其测试频段下介电常数实部值保持在6~14之间；该纳米纤维材料具有优异的吸波性能，其测试厚度为5 mm时，吸收峰~37 dB，有效吸波带宽~6.3 GHz。本发明专利技术制备的纳米纤维，其制备过程简单，反应时间短，可成规模生产。
Polypyrrole nanofibers doped with camphor sulfonic acid: materials, preparation methods and Applications
【技术实现步骤摘要】
樟脑磺酸掺杂的聚吡咯纳米纤维材料、制备方法及应用
本专利技术属于材料制备领域，特别涉及一种樟脑磺酸掺杂的高介电性能手性螺旋空心结构聚吡咯纳米纤维及其制备方法。
技术介绍
聚吡咯作为常见导电聚合物，由于其具有合成简单、稳定性高，生物毒性低和环境友好等特点，被广泛用于超级电容器（J.Mater.Chem.C,2018,6(6),2482-2493.）、锂电池（Adv.Eng.Mater.,2016,6(13),1600256.）等各个领域的研究中。聚吡咯的形貌常呈现为纳米/微颗粒（Adv.Mater.,2018,30(35),1802731;J.Appl.Phys.,2015,118,204105.）、水凝胶（ACSNano,2014,8(10),10066-10076.）或气凝胶（Appl.Phys.Lett.,2015,106,222902.）等；由于一维纳米材料具有高横纵比等优点，聚吡咯一维纳米材逐渐被科研人员所关注，如聚吡咯一维纳米纤维（Langmuir,2014,30(26),7778-7788.）、纳米带（Nanotechnol.,2017,28,315701.）等具有良好的电磁吸收性能。目前，常采用掺杂的方式对聚吡咯进行改性处理，使聚吡咯的某些性能得到提高；常见的掺杂材料包括：如聚苯乙烯磺酸（或磺酸盐）（ACSAppl.Mater.Interfaces,2019,11(4),4258-4267）、（J.Mater.Chem.A,2014,2(3),859-865.）、乙酸（Biomacromolecules,2007,8(1),182-187.）等。因此，综合运用一维纳米纤维的优势和酸掺杂的方法可以获得性能优异的一维导电聚合物。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种樟脑磺酸掺杂高介电性能手性螺旋空心结构聚吡咯纳米纤维材料及其制备方法。实现本专利技术目的的技术解决方案是：一种樟脑磺酸掺杂的聚吡咯纳米纤维材料，所述纳米纤维材料通过樟脑磺酸进行掺杂，具有高介电性（测试频段下介电常数实部值保持在6~14之间）和优异的吸波性能（测试厚度为5mm时，吸收峰~37dB，有效吸波带宽~6.3GHz），所述纳米纤维材料具有手性螺旋空心结构。上述纳米纤维材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1：将手性试剂与吡咯单体以1:40的摩尔比分散在一定体积的甲醇中，再加入5倍于甲醇体积的去离子水，经一段时间搅拌后，再滴入于手性诱导试剂50倍摩尔量的樟脑磺酸，再搅拌一段时间，形成均匀分散溶液，冰浴；步骤2：将于手性试剂40倍摩尔量的过硫酸铵滴入步骤1所述冰浴的均匀分散溶液中，并搅拌一段时间；步骤3：所得产物经去离子水/乙醇清洗后，干燥。进一步的，步骤1中，吡咯单体的质量浓度为2.20-2.50g/L。进一步的，步骤3中，干燥温度不高于60℃。与现有技术相比，本专利技术的优点是：（1）本专利技术制备的纳米纤维，其制备过程简单，反应时间短，可成规模生产。（2）本专利技术制备的纳米纤维，通过樟脑磺酸掺杂使这种掺杂后的手性螺旋空心聚吡咯纳米纤维与未掺杂的纳米纤维相比，在较高频段具有更高的介电常数，在相同测试频段和厚度下具有优异的吸波性能。附图说明图1为实施例1的扫描电子显微镜图片（a）和透射电子显微镜图片（b）。图2为实施例1的介电常数测试图（a）和吸波性能图（b）。图3为对比例1的扫描电子显微镜图片（a）和透射电子显微镜图片（b）。图4为对比例1的介电常数测试图（a）和吸波性能图（b）。图5为对比例2的扫描电子显微镜图片（a）和透射电子显微镜图片（b）。图6为对比例2的介电常数测试图（a）和吸波性能图（b）。图7为对比例3的扫描电子显微镜图片（a）和透射电子显微镜图片（b）。图8为对比例3的介电常数测试图（a）和吸波性能图（b）。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：实施例1：手性诱导试剂（23mg，0.06mmol）、吡咯单体（0.161g，2.4mmol）和樟脑磺酸（0.697g，3mmol）溶解在12mL甲醇中，再向溶液中加入60mL去离子水，经10分钟搅拌，得到均匀分散液。将上述均匀分散液置于冰浴中，并向分散液其中滴入过硫酸铵（0.548g，2.4mmol），搅拌30分钟得到产物。将产物经去离子水/乙醇清洗后，在真空干燥箱中干燥，得到一种樟脑磺酸掺杂高导电手性螺旋空心结构聚吡咯纳米纤维，掺杂酸为过量，其微观形貌如附图1所示。按纳米纤维占复合材料总质量比为10%与石蜡混合均匀，压入环形模具（高2.0mm，外径7.0mm，内径3.0mm）中制成样品，根据矢量网络分析仪的测试，其介电常数和吸波性能如附图2所示。对比例1：与实施例1相似，但将掺杂的樟脑磺酸换为对聚苯乙烯磺酸，摩尔量不变。最终得到一种聚苯乙烯磺酸掺杂高导电手性螺旋空心结构聚吡咯纳米纤维，其微观形貌如附图3所示。按纳米纤维占复合材料总质量比为10%与石蜡混合均匀，压入环形模具（高2.0mm，外径7.0mm，内径3.0mm）中制成样品，根据矢量网络分析仪的测试，其介电常数如附图4所示。此对比例所制备的纳米纤维与实施例1相比，从形貌特征相比，如图1、3，由于所掺杂的酸种类不同实施例1中聚吡咯纳米材料呈现为螺旋空心纳米纤维，而图3中材料为不规则形状纳米材料。两者的介电常数如图2（a）、4（a），樟脑磺酸掺杂的手性空心结构聚吡咯纳米纤维的介电常数在同条件下更高，两者相较，实施例1的聚吡咯纳米纤维具有更高的介电性能。两者的吸波性能如图2（b）、4（b），在2-18GHz的测试频段下，樟脑磺酸掺杂的聚吡咯纤维吸波性能明显优于聚苯乙烯磺酸掺杂的聚吡咯纤维。对比例2：与实施例1相似，但将掺杂的樟脑磺酸换为对甲苯磺酸，摩尔量不变。最终得到一种对甲苯磺酸掺杂聚吡咯纳米材料，其微观形貌如附图5所示。按纳米纤维占复合材料总质量比为10%与石蜡混合均匀，压入环形模具（高2.0mm，外径7.0mm，内径3.0mm）中制成样品，根据矢量网络分析仪的测试，其介电常数和吸波性能如附图6所示。此对比例所制备的纳米纤维与实施例1相比，从形貌特征相比，如图1、5，由于所掺杂的酸种类不同，实施例1中聚吡咯纳米纤维更长；两者介电常数如图2（a）、6（a），两者相较，实施例1的聚吡咯纳米纤维具有更高的介电性能。两者的吸波性能如图2（b）、6（b），在2-18GHz的测试频段下，樟脑磺酸掺杂的聚吡咯纤维吸波性能在5mm测试厚度下具有强电磁波吸收峰（~37dB），对甲苯磺酸掺杂聚吡咯纳米纤维在测试厚度为2mm时，电磁波强吸收峰仅达到~17dB。上述两者有效吸波带宽分别约为6.3GHz、6GHz。因此，樟脑磺酸掺杂的聚吡咯纳米纤维具有更优异的吸波性能。对比例3：与实施例1相似，但不加入任何酸进行掺杂。最终得到一种未掺杂的手性螺旋空心结构聚吡咯纳米纤维，其微观形貌如附图7所示。按纳米纤维占复合材料总质量比为10%与石蜡混合均匀，压入环形模具（高2.0mm，外径7.0mm，内径3.0mm）中制成样品，根据矢量网络分析仪的测试，其介电常数和吸波性能如附图8所示。此对比例制备的纳米纤维与实施例1相比，从形貌特征相比，如图1、4，由于实施例4中并未掺杂任何酸，实施例4中聚吡咯纳米纤维更长；两者的介电常数如图2（a）、8（a），本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种樟脑磺酸掺杂的聚吡咯纳米纤维材料，其特征在于，所述纳米纤维材料通过樟脑磺酸进行掺杂，所述纳米纤维材料具有手性螺旋空心结构。
【技术特征摘要】
1.一种樟脑磺酸掺杂的聚吡咯纳米纤维材料，其特征在于，所述纳米纤维材料通过樟脑磺酸进行掺杂，所述纳米纤维材料具有手性螺旋空心结构。2.如权利要求1所述的纳米纤维材料，其特征在于，该纳米纤维材料具有高介电性，其测试频段下介电常数实部值保持在6~14之间。3.如权利要求1所述的纳米纤维材料，其特征在于，该纳米纤维材料具有优异的吸波性能，其测试厚度为5mm时，吸收峰~37dB，有效吸波带宽~6.3GHz。4.如权利要求1-3任一所述的纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将手性试剂与吡咯单体以1:40的摩尔比分散...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴凡，孙梦潇，谢阿明，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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