聚噻吩纳米复合胶体分散体系及其制备方法技术

本发明专利技术属高分子材料技术领域，具体为一种新型聚噻吩纳米复合胶体分散体系及其制备方法，以及将该胶体分散体系制备成纳米薄膜的方法。该胶体分散体系的原始单体为聚噻吩衍生物，加入去离子水、高分子聚阴离子电解质、醇类、氧化剂，经高速气流冲击，搅拌，形成气泡均相体系；反应结束后，再超声波分散，形成稳定的胶体分散体系。将该胶体分散体系用旋涂法重复涂布于基板上，自组装形成薄膜。该薄膜具有优异的导电性能，大大扩展了其应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种新型。本专利技术同时还涉及将该纳米复合分散体系制成纳米薄膜的方法。
技术介绍
21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。目前，利用胶态悬浮体已经制备出了多种金属氧化物的纳米粒子，诸如SnO2，ZnO，WO3，TiO2和Fe2O3。研究表明，通过对半导体前驱胶体制备条件的控制，可以实现纳米粒子性质的“按需设计”。纳米粒子母源胶体凭借复合纳米粒子大的比表面积、有序的粒子结构从而拥有许多独特的性质，例如光致变色、电致变色、光催化及光电化学性质等。透明导电薄膜用于涂布液晶显示屏、电致发光显示屏、等离子体显示屏、电致变色显示屏、太阳能电池、触摸屏等的透明电极。这种电极一般是采用蒸汽沉积的方法获得的氧化铟锡电极(即ITO电极)。但成本高、制作复杂、膜的导电性的影响因素多等使人们正在寻找它的替代品。同时随着人们日常生活水平的提高和科技不断的进步，以柔性基材(导电薄膜的载体)为主的显示屏成为一种趋势和时尚。而ITO导电薄膜在柔性基材上的导电性能下降并脱落，已经不能够满足人们的需求。共轭导电聚合物的柔韧性和宽导电特性(可以是半导体的特性和金属的导电特性)而引起了人们广泛的注意。在共轭导电聚合物研究中，新型聚噻吩及其衍生物成为研究中的亮点，而聚二烷氧基噻吩和聚亚烷基二氧噻吩因自身的稳定性和导电特性而成为重中之重。为进一步达到其导电稳定性同时利用上述胶体体系纳米粒子可能存在的优异特性，我们大胆采用纳米复合技术与有机合成技术相结合，拟使材料成膜后电化学特性进一步加强，同时提高体系的稳定性。结果证明电化学独特性明显，凭借其出色的导电性能，我们可将此种新型聚噻吩导电材料称为“导电金属”。因此可知，新型的聚噻吩导电聚合衍生物是极具价值的化合物，已公开的文献中大都提供了一种聚(3，4-二氧烷基噻吩)与聚阴离子复合物与该复合物体系的制备方法。但对胶体体系粒子结构未做修饰或仅在体系中加入另一种化合物达到一种物量状态的混合，以此种胶体制得薄膜的导电性能并不理想，虽具有良好的水分散性，但涂膜后薄膜的透明度和导电性不足，一般只适合于低端产品，达不到电子级别要求、材料利用率及产业效益低。如日本公开专利No.JP8-48858及No.JP2636968中所描述的按其方法制备薄膜的电阻率较小仅为102Ω.cm级，不能满足电子级别要求的103～105Ω.cm。本专利技术涉及的经纳米粒子复合的聚合物胶体体系，按特定的方法制成纳米薄膜后，不仅继承了母源胶体中许多独特的性质，同时结合纳米定向薄膜的特有性质，大大的提高了其薄膜的导电性能，使制得的纳米薄膜电阻率在102-106Ω.cm范围内可调。更进一步的扩大了该种胶体水散体系的实际应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型，使所得到的胶体体系既拥有导电材料本身的性能，又拥有纳米材料独特的电化学性能，使其制成薄膜后表现出更优异导电性能，可更广泛的应用于实际中。本专利技术的另一个目的是提供将该种聚噻吩纳米复合胶体分散体系制成纳米薄膜的方法。本专利技术提供的新型聚噻吩纳米复合胶体分散体系，其聚合体系的原始单体为聚噻吩衍生物，其结构如下 或 其中R1和R2为氢或是C1-C14的直链或者支链烷基，X为C1-C12直链或支链的烷基；得到的胶体分散体系主体物质也相应地为与之对应的聚噻吩。原料单体较优选为3，4-亚烷基二氧噻吩(3，4-乙撑二氧噻吩及3，4-二烷氧基噻吩等。本专利技术提供的新型聚噻吩纳米复合胶体分散体系的制备方法如下将聚噻吩衍生物单体加入到去离子水中，并加入高分子聚阴离子电解质及醇类物质，气流冲击搅拌形成微小的气泡均相体系，并加入氧化剂；用酸碱调解剂调解体系pH值，同时搅拌，反应；反应结束后对体系进行超声波分散，使反应体系形成稳定的胶体分散体系，胶体体系中分散粒子最大直径小于100nm。本专利技术所述制备纳米复合体系过程中，反应体系去离子水溶液中水的重量百分比为5-30％；聚噻吩衍生物单体与高分子聚阴离子电解质的重量比例范围为1∶1.5-1∶5，聚噻吩衍生物单体与加入的氧化剂摩尔比为1∶2～1∶4；气流冲击搅拌速率为6000～20000rpm；调节反应体系pH值为1.0～5.0，优选为1.0-3.0；搅拌反应温度为15-70℃，优选为20-40℃；反应持续时间为5～30h，优选为15-24h；超声波分散持续时间为1-5h，优选为3-4h。胶体制备反应中提及的高分子聚阴离子电解质可以为聚羧酸或者聚磺酸等。聚羧酸，例如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和聚马来酸；聚磺酸，例如聚苯乙烯磺酸和聚乙烯磺酸。其中优选为聚磺酸系列。所用的聚合物电解质其数均分子量范围为5000-200000，优选为50000-150000。胶体制备反应中提及加入的醇类物质，主要为聚乙二醇，甲醇或是乙醇等，优选为聚乙二醇600，及聚乙二醇1200。胶体制备反应中所用的氧化剂可以为空气、纯氧气、过硫酸钠、过硫酸、过硫酸钾或过硫酸铵等。噻吩原料单体量与氧化剂摩尔量的比为1∶2～1∶4，一般来说氧化剂的用量应过量0.1～2.0当量。也可将一种氧化剂和一种无机酸结合使用，完成聚合反应的同时控制反应体系的pH值。胶体制备反应中溶液酸碱调解剂可以采用水溶性的有机酸和水溶性的无机酸，有机酸可以为苯磺酸，甲磺酸或对苯乙烯磺酸，无机酸可为盐酸、硫酸或硝酸。优选为的KOH、NaOH及盐酸、低浓度硫酸。本专利技术还提供将此种聚合物复合纳米胶体体系制成薄膜的方法，其步骤如下将制成的复合纳米胶体分散体系，进行膜过滤(滤孔120-200nm)后备用。将ITO、PET膜基材表面进行清洗工艺处理，使其表面达到光学原子级别，将基材浸于表面活性剂中进行表面活性处理。将配制好的胶体分散体系，应用旋涂的方法分层重复涂布于基材上，使其在基材表面进行薄膜定向自组装过程；于加热平台上使其真空干燥，温度为80～200℃，时间为1～15min。而后在200-400℃下空气中退火1.0-3.0h，即制成与导电表面具有直接接触的纳米结构导电薄膜。薄膜厚度介于15-100nm，由重复涂布的次数控制。上述方法中，所述胶体分散体系的质量浓度范围为0.5-10％，优选为1-4％。旋涂过程中转速为2500-5000rpm，优选为3000-4000rpm。基材表面所用表面活性剂为常规的表面活性剂。所制得的导电纳米薄膜可用于通孔线路板传输层材料，用于电致发光显示器件传输层材料，也可被用作上述基材抗静电薄膜涂层，也可作为阳极材料代替ITO(氧化铟锡)导电玻璃。具体实施例方式本专利技术通过具体实施例对聚合胶体分散体系及其纳米薄膜性能以及其制备方法进行更具体的描述。但是本专利技术不限于这些实施例。在实例中所使用的聚苯乙烯磺酸钠(PSSA，数均分子量＝55000，纯度＞95％)及聚苯乙烯磺酸(PSS，数均分子量＝50000，纯度＞95％)由山东淄博星化工有限公司提供。实施例中阴、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型聚噻吩纳米复合胶体分散体系，其特征在于聚合体系的原始单体结构如下：＊＊＊其中Ｒ↓［１］和Ｒ↓［２］为氢或是Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１４］的直链或者支链烷基，Ｘ为Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１２］直链或支链的烷基；并采用下述方 法制备获得：将聚噻吩衍生物单体加入到去离子水中，随后加入高分子聚阴离子电解质及醇类物质，气流冲击搅拌形成微小的气泡均相体系，并加入氧化剂；用酸碱调解剂调解体系ｐＨ值，同时搅拌，反应；反应结束后对体系进行超声波分散，使反应体系形成稳定的胶体分散体系，胶体体系中分散粒子最大直径小于１００ｎｍ；其中：反应体系去离子水溶液中水的重量百分比为５－３０％；聚噻吩衍生物单体与高分子聚阴离子电解质的重量比例范围为１∶１．５－１∶５，聚噻吩衍生物单体与加入的氧化剂摩尔比为１∶２～１∶４ ；气流冲击搅拌速率为６０００～２００００ｒｐｍ；调节反应体系ｐＨ值为１．０～５．０；搅拌反应温度为１５－７０℃；反应持续时间为５～３０ｈ；超声波分散持续时间为１－５ｈ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐良衡，王群英，高芸，常志远，
申请(专利权)人：徐良衡，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]