聚噻吩納米復合膠體分散體系及其制備方法技術

本發明專利技術屬高分子材料技術領域，具體為一種新型聚噻吩納米復合膠體分散體系及其制備方法，以及將該膠體分散體系制備成納米薄膜的方法。該膠體分散體系的原始單體為聚噻吩衍生物，加入去離子水、高分子聚陰離子電解質、醇類、氧化劑，經高速氣流沖擊，攪拌，形成氣泡均相體系；反應結束后，再超聲波分散，形成穩定的膠體分散體系。將該膠體分散體系用旋涂法重復涂布于基板上，自組裝形成薄膜。該薄膜具有優異的導電性能，大大擴展了其應用范圍。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于高分子材料
，具體涉及一種新型。本專利技術同時還涉及將該納米復合分散體系制成納米薄膜的方法。
技術介紹
21世紀，信息、生物技術、能源、環境、先進制造技術和國防的高速發展必然對材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸等對材料的尺寸要求越來越小。納米材料和納米結構是當今新材料研究領域中最富有活力、對未來經濟和社會發展有著十分重要影響的研究對象，也是納米科技中最為活躍、最接近應用的重要組成部分。近年來，納米材料和納米結構取得了引人注目的成就。目前，利用膠態懸浮體已經制備出了多種金屬氧化物的納米粒子，諸如SnO2，ZnO，WO3，TiO2和Fe2O3。研究表明，通過對半導體前驅膠體制備條件的控制，可以實現納米粒子性質的“按需設計”。納米粒子母源膠體憑借復合納米粒子大的比表面積、有序的粒子結構從而擁有許多獨特的性質，例如光致變色、電致變色、光催化及光電化學性質等。透明導電薄膜用于涂布液晶顯示屏、電致發光顯示屏、等離子體顯示屏、電致變色顯示屏、太陽能電池、觸摸屏等的透明電極。這種電極一般是采用蒸汽沉積的方法獲得的氧化銦錫電極(即ITO電極)。但成本高、制作復雜、膜的導電性的影響因素多等使人們正在尋找它的替代品。同時隨著人們日常生活水平的提高和科技不斷的進步，以柔性基材(導電薄膜的載體)為主的顯示屏成為一種趨勢和時尚。而ITO導電薄膜在柔性基材上的導電性能下降并脫落，已經不能夠滿足人們的需求。共軛導電聚合物的柔韌性和寬導電特性(可以是半導體的特性和金屬的導電特性)而引起了人們廣泛的注意。在共軛導電聚合物研究中，新型聚噻吩及其衍生物成為研究中的亮點，而聚二烷氧基噻吩和聚亞烷基二氧噻吩因自身的穩定性和導電特性而成為重中之重。為進一步達到其導電穩定性同時利用上述膠體體系納米粒子可能存在的優異特性，我們大膽采用納米復合技術與有機合成技術相結合，擬使材料成膜后電化學特性進一步加強，同時提高體系的穩定性。結果證明電化學獨特性明顯，憑借其出色的導電性能，我們可將此種新型聚噻吩導電材料稱為“導電金屬”。因此可知，新型的聚噻吩導電聚合衍生物是極具價值的化合物，已公開的文獻中大都提供了一種聚(3，4-二氧烷基噻吩)與聚陰離子復合物與該復合物體系的制備方法。但對膠體體系粒子結構未做修飾或僅在體系中加入另一種化合物達到一種物量狀態的混合，以此種膠體制得薄膜的導電性能并不理想，雖具有良好的水分散性，但涂膜后薄膜的透明度和導電性不足，一般只適合于低端產品，達不到電子級別要求、材料利用率及產業效益低。如日本公開專利No.JP8-48858及No.JP2636968中所描述的按其方法制備薄膜的電阻率較小僅為102Ω.cm級，不能滿足電子級別要求的103～105Ω.cm。本專利技術涉及的經納米粒子復合的聚合物膠體體系，按特定的方法制成納米薄膜后，不僅繼承了母源膠體中許多獨特的性質，同時結合納米定向薄膜的特有性質，大大的提高了其薄膜的導電性能，使制得的納米薄膜電阻率在102-106Ω.cm范圍內可調。更進一步的擴大了該種膠體水散體系的實際應用范圍。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種新型，使所得到的膠體體系既擁有導電材料本身的性能，又擁有納米材料獨特的電化學性能，使其制成薄膜后表現出更優異導電性能，可更廣泛的應用于實際中。本專利技術的另一個目的是提供將該種聚噻吩納米復合膠體分散體系制成納米薄膜的方法。本專利技術提供的新型聚噻吩納米復合膠體分散體系，其聚合體系的原始單體為聚噻吩衍生物，其結構如下 或 其中R1和R2為氫或是C1-C14的直鏈或者支鏈烷基，X為C1-C12直鏈或支鏈的烷基；得到的膠體分散體系主體物質也相應地為與之對應的聚噻吩。原料單體較優選為3，4-亞烷基二氧噻吩(3，4-乙撐二氧噻吩及3，4-二烷氧基噻吩等。本專利技術提供的新型聚噻吩納米復合膠體分散體系的制備方法如下將聚噻吩衍生物單體加入到去離子水中，并加入高分子聚陰離子電解質及醇類物質，氣流沖擊攪拌形成微小的氣泡均相體系，并加入氧化劑；用酸堿調解劑調解體系pH值，同時攪拌，反應；反應結束后對體系進行超聲波分散，使反應體系形成穩定的膠體分散體系，膠體體系中分散粒子最大直徑小于100nm。本專利技術所述制備納米復合體系過程中，反應體系去離子水溶液中水的重量百分比為5-30％；聚噻吩衍生物單體與高分子聚陰離子電解質的重量比例范圍為1∶1.5-1∶5，聚噻吩衍生物單體與加入的氧化劑摩爾比為1∶2～1∶4；氣流沖擊攪拌速率為6000～20000rpm；調節反應體系pH值為1.0～5.0，優選為1.0-3.0；攪拌反應溫度為15-70℃，優選為20-40℃；反應持續時間為5～30h，優選為15-24h；超聲波分散持續時間為1-5h，優選為3-4h。膠體制備反應中提及的高分子聚陰離子電解質可以為聚羧酸或者聚磺酸等。聚羧酸，例如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和聚馬來酸；聚磺酸，例如聚苯乙烯磺酸和聚乙烯磺酸。其中優選為聚磺酸系列。所用的聚合物電解質其數均分子量范圍為5000-200000，優選為50000-150000。膠體制備反應中提及加入的醇類物質，主要為聚乙二醇，甲醇或是乙醇等，優選為聚乙二醇600，及聚乙二醇1200。膠體制備反應中所用的氧化劑可以為空氣、純氧氣、過硫酸鈉、過硫酸、過硫酸鉀或過硫酸銨等。噻吩原料單體量與氧化劑摩爾量的比為1∶2～1∶4，一般來說氧化劑的用量應過量0.1～2.0當量。也可將一種氧化劑和一種無機酸結合使用，完成聚合反應的同時控制反應體系的pH值。膠體制備反應中溶液酸堿調解劑可以采用水溶性的有機酸和水溶性的無機酸，有機酸可以為苯磺酸，甲磺酸或對苯乙烯磺酸，無機酸可為鹽酸、硫酸或硝酸。優選為的KOH、NaOH及鹽酸、低濃度硫酸。本專利技術還提供將此種聚合物復合納米膠體體系制成薄膜的方法，其步驟如下將制成的復合納米膠體分散體系，進行膜過濾(濾孔120-200nm)后備用。將ITO、PET膜基材表面進行清洗工藝處理，使其表面達到光學原子級別，將基材浸于表面活性劑中進行表面活性處理。將配制好的膠體分散體系，應用旋涂的方法分層重復涂布于基材上，使其在基材表面進行薄膜定向自組裝過程；于加熱平臺上使其真空干燥，溫度為80～200℃，時間為1～15min。而后在200-400℃下空氣中退火1.0-3.0h，即制成與導電表面具有直接接觸的納米結構導電薄膜。薄膜厚度介于15-100nm，由重復涂布的次數控制。上述方法中，所述膠體分散體系的質量濃度范圍為0.5-10％，優選為1-4％。旋涂過程中轉速為2500-5000rpm，優選為3000-4000rpm。基材表面所用表面活性劑為常規的表面活性劑。所制得的導電納米薄膜可用于通孔線路板傳輸層材料，用于電致發光顯示器件傳輸層材料，也可被用作上述基材抗靜電薄膜涂層，也可作為陽極材料代替ITO(氧化銦錫)導電玻璃。具體實施例方式本專利技術通過具體實施例對聚合膠體分散體系及其納米薄膜性能以及其制備方法進行更具體的描述。但是本專利技術不限于這些實施例。在實例中所使用的聚苯乙烯磺酸鈉(PSSA，數均分子量＝55000，純度＞95％)及聚苯乙烯磺酸(PSS，數均分子量＝50000，純度＞95％)由山東淄博星化工有限公司提供。實施例中陰、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型聚噻吩納米復合膠體分散體系，其特征在于聚合體系的原始單體結構如下：＊＊＊其中Ｒ↓［１］和Ｒ↓［２］為氫或是Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１４］的直鏈或者支鏈烷基，Ｘ為Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１２］直鏈或支鏈的烷基；并采用下述方 法制備獲得：將聚噻吩衍生物單體加入到去離子水中，隨后加入高分子聚陰離子電解質及醇類物質，氣流沖擊攪拌形成微小的氣泡均相體系，并加入氧化劑；用酸堿調解劑調解體系ｐＨ值，同時攪拌，反應；反應結束后對體系進行超聲波分散，使反應體系形成穩定的膠體分散體系，膠體體系中分散粒子最大直徑小于１００ｎｍ；其中：反應體系去離子水溶液中水的重量百分比為５－３０％；聚噻吩衍生物單體與高分子聚陰離子電解質的重量比例范圍為１∶１．５－１∶５，聚噻吩衍生物單體與加入的氧化劑摩爾比為１∶２～１∶４ ；氣流沖擊攪拌速率為６０００～２００００ｒｐｍ；調節反應體系ｐＨ值為１．０～５．０；攪拌反應溫度為１５－７０℃；反應持續時間為５～３０ｈ；超聲波分散持續時間為１－５ｈ。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐良衡，王群英，高蕓，常志遠，
申請(專利權)人：徐良衡，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]