掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于具有导电功能的材料制备和应用技术领域，特别涉及掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺及其制备方法和用途。本发明专利技术是利用溶胶的凝聚特性，采用氧化聚合法制备掺杂二氧化硅的聚苯胺颗粒；导电高分子聚苯胺中含有二氧化硅的重量百分比浓度为１０－３０％，聚苯胺的重量百分比浓度为７０－９０％。掺杂二氧化硅的聚苯胺的形状为球形、丝状或针状等，是电极材料、微电子技术材料、抗静电以及屏蔽材料。本发明专利技术的方法不仅能耗低，工艺简单，产品分散性好，掺杂二氧化硅的聚苯胺的形貌可借助反应条件加以控制。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于具有导电功能的材料制备和应用
，特别涉及掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺及其制备方法和用途。
技术介绍
自从Mac-Diarmid等重新研究发现聚苯胺为导电高聚物后，并由于聚苯胺的独特性，人们对导电高聚物的研究在近年来主要集中于聚苯胺方面，引起了广泛的研究兴趣。聚苯胺的独特性在于其电性质可经酸/碱处理和氧化还原反应进行可逆控制，即聚苯胺可以通过pH的改变发生可逆改性，聚苯胺颗粒可以用简单的质子酸从导电状态变为绝缘状态。这就使得颗粒的介电常数和导电率有一定的变化范围同时又保持其它的性质不变，成为导电聚合物中最“可调整”的材料。另外聚苯胺具有很好的环境稳定性和电学、电化学和光学性质。因此聚苯胺在许多领域都有潜在的用途，如电极材料、微电子和制造显示器的电子铬材料、抗静电试剂、电磁干扰屏蔽材料和生物传感器等。对聚苯胺的研究集中于聚苯胺以及其衍生物合成和产物的性质方面。由于聚苯胺本身的性质，其脆性很大，韧性不够。聚苯胺掺杂二氧化硅后可有效改变纯粹聚苯胺的局限性。掺杂二氧化硅的聚苯胺可做成分子、电子器件，并有望成为下一代计算机的基本元件。现有的聚苯胺的制备方法主要是氧化聚合法和酶催化合成法以及电化学合成方法。酶催化合成法和电化学合成方法分别具有成本较高和反应条件繁琐等缺点而难以实现大规模生产。氧化聚合法工艺简单，成本较低，容易实现工业化生产。。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺，以避免其本身脆性大，韧性不够的缺陷。本专利技术的另一目的在于提供掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺的制备方法。在低温下制备形貌可控的掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺，以利于工艺简单并可降低生产成本，有利于大规模的生产；同时制备出的掺杂二氧化硅的聚苯胺具有多种形貌，可为球形、丝状或针状。本专利技术的再一目的是提供掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺的用途。本专利技术的掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺，其中导电高分子聚苯胺中含有二氧化硅的重量百分比浓度为10-30％，聚苯胺的重量百分比浓度为70-90％。掺杂二氧化硅的聚苯胺的形状为球形、丝状或针状等。本专利技术是利用溶胶的凝聚特性，采用氧化聚合法制备掺杂二氧化硅的聚苯胺颗粒。本专利技术的方法步骤包括(1).配制盐酸水溶液，盐酸的浓度为0.01～5摩尔/升，优选为0.1～5摩尔/升。(2).向步骤(1)的溶液中加入硅溶胶，使混合后二氧化硅的浓度为0.005～0.1摩尔/升。(3).将苯胺加入到步骤(2)的溶液中，使混合后的苯胺的浓度为0.001～1摩尔/升，优选为0.005～1摩尔/升；继续搅拌0.5～4小时，预冷至0～5℃。(4).配制氧化剂的盐酸溶液，溶液中氧化剂的浓度为0.01～10摩尔/升，优选为0.1～10摩尔/升；盐酸的浓度为0.01～10摩尔/升。将氧化剂的盐酸溶液预冷至0～5℃。(5).将步骤(4)得到的混合溶液体积的一半加入到步骤(3)得到的混合溶液中，时间为10～30分钟。反应1小时左右后，再将剩余的一半加入，时间为10～30分钟。继续在0～5℃反应2～10小时，离心、洗涤、干燥得到掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺；掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺的形状为球形、丝状或针状等。所述的氧化剂包括有过硫酸铵、过氧化氢、过硫酸钾或它们的任意两种的混合物等。本专利技术的掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺用途广泛，是高功能导电材料，广泛应用于电极材料、微电子技术、抗静电以及屏蔽材料等领域。采用本专利技术的方法得到的掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺材料的形貌如图1、图2和图3所示。本专利技术的方法不仅能耗低，产品纯度高，分散性好，且掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺的形貌可借助反应条件加以控制。本专利技术采用的是氧化聚合方法。利用过氧化物分解成离子自由基从而引发苯胺的聚合。通过改变苯胺、盐酸以及氧化物的浓度，可以控制掺杂二氧化硅聚苯胺的形貌。本专利技术制备掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺的方法简单易行，便于推广应用。本专利技术的方法与现有制备方法显著不同的是，在本专利技术中，掺杂二氧化硅的聚苯胺材料的制备是在低温下进行，大大缩短了反应时间，工艺简单，适合大规模生产。同时，掺杂二氧化硅的聚苯胺的形貌可通过改变反应条件达到可控。附图说明图1.本专利技术的实施例1的球形掺杂二氧化硅的聚苯胺材料的透射电镜照片；图2.本专利技术的实施例2的针状掺杂二氧化硅的聚苯胺材料的透射电镜照片；图3.本专利技术的实施例3的丝状掺杂二氧化硅的聚苯胺材料的透射电镜照片。具体实施例方式实施例1(1).配制250ml盐酸水溶液，盐酸的浓度为0.1摩尔/升。(2).加入硅溶胶，使混合后二氧化硅的浓度为0.05摩尔/升。(3).将苯胺加入步骤(2)的溶液中，使混合后体系中苯胺的浓度为0.01摩尔/升，继续搅拌0.5小时，预冷至0℃。(4).配制15ml过硫酸铵的盐酸溶液，溶液中过硫酸铵的浓度为0.02摩尔/升，盐酸的浓度为0.1摩尔/升。将氧化剂的盐酸溶液预冷至0℃。(5).将步骤(4)得到的混合溶液体积的一半加入到步骤(3)得到的混合溶液中，时间为10分钟。反应1小时后，再将剩余的一半加入，时间为10分钟。继续在0℃反应6小时。反应产物聚苯胺可以通过离心、洗涤、干燥得到。颗粒为球形，大小为185nm。见图1。实施例2将实施例1的步骤(3)中苯胺的浓度改为1.0摩尔/升，步骤(4)中过硫酸铵的浓度改为0.1摩尔/升，其它条件不变。所得颗粒为针状。见图2。实施例3(1).配制250ml盐酸水溶液，盐酸的浓度为1摩尔/升。(2).加入硅溶胶，使混合后二氧化硅的浓度为0.005摩尔/升。(3).将苯胺加入步骤(2)的溶液中，使混合后的苯胺的浓度为0.1摩尔/升，继续搅拌2小时，预冷至0℃。(4).配制20ml过硫酸钾的盐酸溶液，溶液中过硫酸钾的浓度为0.01摩尔/升，盐酸的浓度为1摩尔/升。将氧化剂的盐酸溶液预冷至0℃。(5).将步骤(4)得到的混合溶液体积的一半加入到步骤(3)得到的混合溶液中，时间为5分钟。反应1小时后，再将剩余的一半加入，时间为5分钟。继续在0℃反应3小时。反应产物聚苯胺可以通过离心、洗涤、干燥得到。颗粒为丝状。见图3。实施例4(1).配制250ml盐酸水溶液，盐酸的浓度为2摩尔/升。(2).加入硅溶胶，使混合后二氧化硅的浓度为0.01摩尔/升。(3).将苯胺加入步骤(2)的溶液中，使混合后的苯胺的浓度为0.5摩尔/升；继续搅拌1小时，预冷至5℃。(4).配制10ml过氧化氢的盐酸溶液，溶液中氧化剂的浓度为0.02摩尔/升，盐酸的浓度为2摩尔/升。将过氧化氢的盐酸溶液预冷至5℃。(5).将步骤(4)得到的混合溶液体积的一半加入到步骤(3)得到的混合溶液中，时间为30分钟。反应1小时后，再将剩余的一半加入，时间为30分钟。继续在5℃反应8小时。反应产物聚苯胺可以通过离心、洗涤、干燥得到。颗粒为球形，大小为160nm。实施例5将实施例4中的步骤(3)苯胺的浓度改为1.0摩尔/升，其它条件不变。所得颗粒为丝状。权利要求1.一种掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺，其特征是所述的导电高分子聚苯胺中含有二氧化硅的重量百分比浓度为10-30％，聚苯胺的重量百分比浓度为70-90％。2.如权利要求1所述的导电高分子聚苯胺，其特征是所述的掺杂二氧化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂二氧化硅的导电高分子聚苯胺，其特征是：所述的导电高分子聚苯胺中含有二氧化硅的重量百分比浓度为１０－３０％，聚苯胺的重量百分比浓度为７０－９０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐芳琼，庞雪雷，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]