TWI377171B - Mathod for making a carbon nanotube/conductive polymer composite - Google Patents

Mathod for making a carbon nanotube/conductive polymer composite Download PDF

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TWI377171B TW97133081A TW97133081A TWI377171B TW I377171 B TWI377171 B TW I377171B TW 97133081 A TW97133081 A TW 97133081A TW 97133081 A TW97133081 A TW 97133081A TW I377171 B TWI377171 B TW I377171B
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1377171 _ 101年.06月14日修正替換頁 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本技術方案涉及一種複合材料的製備方法,尤其涉及一 種奈米碳管/導電聚合物複合材料的製備方法。 【先前技術】 _]自U91年日本NEC公司的Iijima發現奈米碳管(Carb〇n
Nanotube,CNT)以來(Iilima S·,Nature, 1991, 354,56-58),立即引起科學界及産業界的極大重視。 奈米碳管具有優良的機械和光電性能,被認爲係複合材 ® 料的理想添加物。奈米碳管/聚合物複合材料已成爲世界 科學研究的熱點(Ajjayan P.M., Stephan 0.,
Colliex C. , Tranth D. Science. 1 994,265,1212-121 5: Calvert P. , Nature, 1999,399,210-211)。奈米碳管作爲增强體和導電 體,形成的複合材料具有抗靜電,微波吸收和電磁屏蔽 等性能,具有廣泛的應用前景。 [〇〇〇3]先前技術中的奈米碳管/導電聚合物複合材料中的奈米碳 管多爲棒狀物,而導電聚合物以顆粒的形式分佈在奈米 碳管之間的間隙申。當所述奈米碳管/導電聚合物複合材 料應用於超級電容器、太陽能電池的電極時,其中的導 電聚合物充放電時會引起體積收縮和膨脹,而奈米碳管 #中空結構可緩解由上述導電聚合物的體積收縮和膨脹 引起的奈米碳管/導電聚合物複合材料的體積收縮和膨脹 ,而且奈米碳管的高導電性可降低導電聚合物的電阻。 因此,先前技術中的奈米碳管/導電聚合物複合材料具有 09713308#單編號A0101 第3頁/共23頁 1013222523-0 1377171 _______ 101年.06月14日梭正_^頁 較好的導電性和較高的比電容量(大於200法拉/克)。
然而,先前技術中的奈米碳管/導電聚合物複合材料通過 採用將奈米碳管分散於硫酸及硝酸等强氧化性酸或表面 活性劑中進行分散,之後再與導電聚合物的單體進行電 化學反應,並最終在工作電極上得到一奈米碳管/導電聚 合物複合材料的薄膜。通過强酸處理,會使得所述奈米 碳管受到一定程度的破壞,而使用表面活性劑處理會使 得表面活性劑在最終的奈米碳管/導電聚合物材料中不易 除去。因而,經强氧化性酸或表面活性劑處理後得到的 奈米碳管/導電聚合物複合材料的性能會受到影響。另, I 由於奈米碳管易團聚,目前一直不能很好的分散,故, 先前技術所製備得到的奈米碳管/導電聚合物複合材料中 的奈米碳管通常無法形成良好的導電網絡,且有些相鄰 奈米碳管之間間距較大,相互間接觸性較差,因而不能 充分發揮奈米碳管的優良導電性及導熱性能,造成所述 奈米碳管/導電聚合物複合材料的内阻較大、比電容量較 低。 « [0004] 有鑒於此,提供一種能夠使奈米碳管均勻分散、並且不 破壞奈米碳管結構的奈米碳管/導電聚合物複合材料的製 備方法實為必要。 【發明内容】 [0005] 一種奈米碳管/導電聚合物複合材料的製備方法,其包括 以下步驟:製備一奈米碳管薄膜;及採用化學原位聚合 法將導電聚合物複合在所述奈米碳管薄膜上,獲得一奈 米碳管/導電聚合物複合材料。 097酬#單編號A0101 1013222523-0 第4頁/共23頁 1377171 101年06月14日核正替換頁 [0006] 相較於先前技術,本技術方案提供的奈米碳管/導電聚合 物複合材料的製備方法具有以下優點:其一,由於奈米 碳管薄膜中的多個奈米碳管均勻分散且相互連接形成導 電網路,故採用化學原位聚合法將所述奈米碳管薄膜與 導電聚合物單體複合,所制得的奈米碳管/導電聚合物複 合材料中奈米碳管均勻分散。其二,由於採用化學原位 聚合法將所述奈米碳管薄膜與導電聚合物單體複合,無 需添加表面活性劑,使得奈米碳管/導電聚合物複合材料 中不包含表面活性劑。其三,本技術方案提供的奈米碳 管/導電聚合物複合材料的製備方法,不需要用強酸氧化 奈米碳管,奈米碳管的結構完整,在製備過程中不會破 壞奈米碳管的結構。其四,採用化學原位聚合法將所述 奈米碳管薄膜與導電聚合物複合,製備工藝簡單,可實 現連續、規模化生產,且成本較低。 【實施方式】 [0007] 以下將結合附圖詳細說明本技術方案提供的奈米碳管/導 電聚合物複合材料的製備方法。 [0008] 請參閱圖1,本技術方案實施例提供一種奈米碳管/導電 聚合物複合材料的製備方法,具體包括以下步驟: [0009] 步驟一,製備一奈米碳管薄膜。 [0010] 所述製備奈米碳管薄膜的方法包括直接生長法、絮化法 、碾壓法及拉膜法等其他方法。所述奈米碳管薄膜包括 複數個均勻分佈的奈米碳管,且該複數個奈米碳管相互 連接形成導電網路結構。 097133081^單編號 A〇101 第5頁/共23頁 1013222523-0 1377171 …_ . _____ _ _ 1101年06月14 B梭正替换頁 [0011] 本實施例採用絮化法製備所述奈米碳管薄膜,該方法具 體包括以下步驟: [0012] ( —)提供一奈米碳管原料。 [0013] 本實施例中,所述奈米碳管原料的製備方法具體包括以 下步驟:(a)提供一平整基底,該基底可選用P型或N型 矽基底,或選用形成有氧化層的矽基底,本實施例優選 為採用4英寸的矽基底;(b)在基底表面均勻形成一催 化劑層,該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、 鎮(Ni)或其任意組合的合金之一 ;(c)將上述形成有 催化劑層的基底在700~900°C的空氣中退火約30分鐘〜90 分鐘;(d)將處理過的基底置於反應爐中,在保護氣體 環境下加熱到500〜740°C,然後通入碳源氣體反應約 5〜30分鐘,生長得到奈米碳管陣列,其高度大於100奈米 ,優選為100奈米-10毫米;(e)使奈米碳管陣列脫離基 底,獲得奈米碳管原料。 [0014] 該奈米碳管陣列為複數個彼此平行且垂直於基底生長的 奈米碳管形成的純奈米碳管陣列,由於生成的奈米碳管 長度較長,部分奈米碳管會相互纏繞。通過上述控制生 長條件,該超順排奈米碳管陣列中基本不含有雜質,如 無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。本實施例中碳源 氣可選用乙炔等化學性質較活潑的碳氫化合物,保護氣 體可選用氮氣、氨氣或惰性氣體。可以理解,本實施例 提供的奈米碳管陣列不限於上述製備方法。本實施例優 選採用刀片或其他工具將奈米碳管從基底刮落,獲得奈 米碳管原料,其中奈米碳管一定程度上保持相互纏繞的 1013222523-0 。97133。8产單編號A0101 第6頁/共23頁 1377171 .101年06月14日修正替換頁 狀態。 [0015] 所述奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁 奈米碳管中的一種或幾種。該單壁奈米碳管的直fe為0. 5 奈米〜50奈米,該雙壁奈米碳管的直徑為1. 0奈米〜50奈 米,該多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米〜50奈米。所述奈 米碳管的長度在100奈米到10毫米之間。 [0016] (二)將上述奈米碳管原料添加到溶劑中並進行絮化處 理獲得奈米碳管絮狀結構。 • [0017] 本實施例中,溶劑可選用水、易揮發的有機溶劑等。絮 化處理可通過採用超聲波分散處理或高強度攪拌等方法 . 。優選地,本實施例採用超聲波將奈米碳管在溶劑中分 散10〜30分鐘。由於奈米碳管具有極大的比表面積,相互 纏繞的奈米碳管之間具有較大的凡德瓦爾力。上述絮化 處理並不會將奈米碳管原料中的奈米碳管完全分散在溶 劑中,奈米碳管之間通過凡德瓦爾力相互吸引、纏繞, 形成網路狀結構。 • [0018] (三)將上述奈米碳管絮狀結構從溶劑中分離,並對該 奈米碳管絮狀結構定型處理以獲得奈米碳管薄膜。 [0019] 本實施例中,分離奈米碳管絮狀結構的方法具體包括以 下步驟:將上述含有奈米碳管絮狀結構的溶劑倒入放有 濾紙的漏斗中;及靜置乾燥一段時間從而獲得分離的奈 米碳管絮狀結構。 [0020] 所述定型處理具體包括以下步驟:將上述奈米碳管絮狀 結構置於一容器中;將奈米碳管絮狀結構按照預定形狀 normn«产單編號A0101
Kf » ^ \J Λ. 第7頁/共23頁 1013222523-0 1377171 ____ ______ 1〇ί年.06月i4日接正替¥頁 攤開;施加一定壓力於攤開的奈米碳管絮狀結構;及將 奈米碳管絮狀結構中殘留的溶劑烘乾或等溶劑自然揮發 後獲得奈米碳管薄膜。可以理解,本實施例可通過控制 奈求碳管絮狀結構攤片的面積來控制奈米碳管薄膜的厚 度和麵密度。攤片的面積越大,則奈米碳管薄膜的厚度 和麵密度就越小。本實施例中獲得的奈米碳管薄膜的厚 度為1微米至2毫米。 [0021] 另,上述分離與定型處理步驟也可直接通過抽濾的方式 獲得奈米碳管薄膜,具體包括以下步驟:提供一微孔濾
膜及一抽氣漏斗;將上述含有奈米碳管絮狀結構的溶劑 I 經過微孔濾膜倒入柚氣漏斗中;抽濾並乾燥後獲得奈米 碳管薄膜。該微孔濾膜為一表面光滑、孔徑為0. 22微米 的濾膜。由於抽濾方式本身將提供一較大的氣壓作用於 奈米碳管絮狀結構,該奈米碳管絮狀結構經過抽濾會直 接形成一均勻的奈米碳管薄膜。且,由於微孔濾膜表面 光滑,該奈米碳管薄膜容易剝離。 [0022] 採用所述絮化法製備的奈米碳管薄膜,其包括複數個均 | 勻分佈的奈米碳管,該複數個均勻分佈的奈米碳管通過 凡德瓦爾力相互連接形成網路結構,從而形成一具有自 支撐結構的奈米碳管薄膜,該奈米碳管薄膜具有較好的 柔拿刃性。 [0023] 可以理解,所述奈米碳管薄膜的製備方法還可為直接生 長法、碾壓法或拉膜法等其他方法。所述直接生長法為 用化學氣相沈積法於一基板上生長奈米碳管薄膜。該奈 米碳管薄膜為無序奈米碳管薄膜,該奈米碳管薄膜包括 097133081^單编號 A〇101 第8頁/共23頁 1013222523-0 1377171 101年.06月14日修正_頁 複數個無序排列的奈米碳管。所述採用碾壓法製備奈米 碳管薄膜的方法具體包括以下步驟:提供一奈米碳管陣 列形成於一基底;及提供一施壓裝置擠壓上述奈米碳管 陣列,從而得到奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜為無序 奈米碳管薄膜,且包括複數個沿一個或複數個方向擇優 取向排列的奈米碳管。所述採用拉膜法製備奈米碳管薄 膜的方法包括以下步驟:製備一奈米碳管陣列;從上述 奈米碳管陣列中選定一定寬度的複數個奈米碳管片斷, 優選為採用具有一定寬度的膠帶接觸奈米碳管陣列以選 定一定寬度的複數個奈米碳管片斷;及以一定速度沿基 本垂直於奈米碳管陣列生長方向拉伸該複數彳固奈米碳管 片斷,以形成一連續的奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜 為有序奈米碳管薄膜,其包括複數個通過凡德瓦爾力首 尾相連且沿同一方向排列的奈米碳管。 [0024] 步驟二,採用化學原位聚合法將導電聚合物複合在所述 奈米碳管薄膜上,獲得一奈米碳管/導電聚合物複合材料 〇 [0025] 本技術方案採用化學原位聚合法將所述奈米碳管薄膜與 導電聚合物複合的方法具體包括以下步驟: [0026] 首先,製備一導電聚合物單體的酸溶液,#所述奈米碳 管薄膜浸入所述導電聚合物單體的酸溶液中,形成一包 含奈米碳管薄膜與導電聚合物單體的酸溶液。 [0027] 所述形成一包含奈米碳管薄膜與導電聚合物單體的酸溶 液的方法具體包括以下步驟:提供20~40質量份的導電聚 097翻8产單職A0101 第9頁/共23頁 1013222523-0 1377171 _ _ _____ _______________ _____________ _________10.1 ^.06 j 141 合物單體,配製摩爾濃度為0.1〜5摩爾/升的酸溶液;將 所述導電聚合物單體溶於酸溶液中,得到導電聚合物單 體摩爾濃度為0. 1~5摩爾/升的導電聚合物單體的酸溶液 ,該酸溶液中酸的摩爾濃度為0.1-5摩爾/升;取50~90 質量份的奈米碳管薄膜,將其浸入所述導電聚合物的酸 溶液中,形成一包含奈米碳管薄膜與導電聚合物單體的 酸溶液;及將含有奈米碳管薄膜及導電聚合物單體的酸 溶液在0〜5攝氏度冷藏3〜10小時,以使得導電聚合物單體 在奈米碳管薄膜的奈米碳管形成的網路結構中均勻分散 [0028] 所述酸溶液的濃度較低,因此不會氧化浸入其中的奈米 碳管薄膜,從而避免了對奈米碳管結構的破壞。所述導 電聚合物單體材料為苯胺、吡咯、噻吩、乙炔、對苯及 對苯撐乙烯中的一種或幾種。所述酸溶液為鹽酸溶液、 硫酸溶液、硝酸溶液、磷酸溶液或乙酸溶液中的一種或 幾種的混合。本實施例中,所述導電聚合物單體材料為 苯胺,所述溶液為鹽酸溶液。 g [0029] 本實施例中,所述製備一導電聚合物單體的酸溶液,將 所述奈米碳管薄膜浸入所述導電聚合物單體的酸溶液中 的方法具體包括以下步驟:取一容器,於該容器中配製 40毫升1摩爾/升的鹽酸溶液;用稱量天平稱量0. 74504 克的苯胺單體油狀物( 0.74504克苯胺單體油狀物的物質 的量為0.008摩爾),並放入一容器内,向該容器内注入 40毫升1摩爾/升的鹽酸溶液,使所述笨胺單體油狀物溶 於所述鹽酸溶液中,製備成苯胺的摩爾濃度為0.2摩爾/ 097133081^單編號 A〇101 第10頁/共23頁 1013222523-0 1377171 101年06月14日核正替换頁 升的苯胺的鹽酸溶液;用稱量天平稱量質量為40. 1毫克 的奈米碳管薄膜,將其浸入所述〇. 2摩爾/升的苯胺的鹽 酸溶液當中,將浸有奈米碳管薄膜16的笨胺鹽酸溶液在0 攝氏度〜5攝氏度冷藏3小時,使得苯胺單體在奈米碳管薄 膜的奈米碳管形成的網路結構中均勻分散。 [0030] 其次,製備氧化劑的酸溶液。 [0031] 所述氧化劑的酸溶液的作用為將導電聚合物單體氧化, 從而使導電聚合物單體發生氧化聚合,生成導電聚合物 • 。製備氧化劑的酸溶液的方法具體包括以下步驟:稱量 20~40質量份的氧化劑於一容器中;倒入摩爾濃度為 0.1~5摩爾/升的酸溶液,配製成氧化劑的摩爾濃度為 0, 1 ~ 5摩爾/升的氧化劑的酸溶液;及將所述氧化劑的酸 溶液在0攝氏度~5攝氏度冷藏3〜10小時。 [0032] • 所述氧化劑為過硫酸胺、高錳酸鉀或雙氧水中的一種或 多種。所述酸溶液為鹽酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、 磷酸溶液或乙酸溶液中的一種或幾種的混合。所述導電 聚合物單體的酸溶液的摩爾濃度與所述氧化劑的酸溶液 的摩爾濃度之比為1:2〜2:1。本實施例中,所述氧化劑為 過硫酸胺,所述酸溶液為鹽酸溶液,所述導電聚合物單 體的酸溶液的摩爾濃度與所述氧化劑的酸溶液的摩爾濃 度之比為1 : 1。 [0033] 本實施例中,所述製備氧化劑的酸溶液的方法具體包括 以下步驟:用稱量天平稱量1. 8256克過硫酸銨粉末,並 將其放置於一 80毫升的容器内;向盛有過硫酸銨粉末的 第11頁/共23頁 im^999C;9Q-〇 097133081^A〇101 1377171 101年0尽月14日核正_頁 容器内注入40毫升1摩爾/升的鹽酸溶液,將過硫酸銨粉 末溶解在鹽酸溶液令,製備成過硫酸銨的摩爾濃度為0.2 摩爾/升的過硫酸銨的鹽酸(1摩爾/升)溶液;及將所述 過硫酸銨的鹽酸溶液在0-5攝氏度冷藏3小時,使得過硫 酸銨更充分的溶解於鹽酸溶液中。 [0034] 最後,將所述氧化劑的酸溶液與浸有奈米碳管薄膜的導 電聚合物單體的酸溶液混合,使導電聚合物單體聚合, 獲得奈米碳管/導電聚合物複合材料。 [0035] 上述導電聚合物單體聚合的方法具體包括以下步驟:將 所述浸有奈米碳管薄膜的導電聚合物單體的酸溶液置於 冰水混合物中;緩慢逐滴加入氧化劑的酸溶液,使得導 電聚合物單體發生聚合反應,形成導電聚合物纖維;及 待所述氧化劑的酸溶液全部滴加完畢,將所述奈米碳管 薄膜的導電聚合物單體的酸溶液與氧化劑的酸溶液的混 合液在0〜5攝氏度冷藏5~20小時。 [0036] 所述冷藏含有奈米碳管薄膜的導電聚合物單體的酸溶液 與氧化劑的酸溶液的混合液5〜20小時,作用係使得導電 聚合物單體被氧化劑充分地氧化,從而使得導電聚合物 單體能夠充分均勻聚合形成導電聚合物纖維,導電聚合 物纖維複合在所述奈米碳管的表面或/和附著在所述奈米 碳管的管壁上,所述導電聚合物纖維還可彼此相互連接 後再複合在所述奈米碳管的表面或/和附著在所述奈米碳 管的管壁上。上述冷藏為可選擇條件,也可直接在室溫 下將含有奈米碳管薄膜的導電聚合物單體的酸溶液與氧 化劑的酸溶液的混合液放置5〜2 0小時,若聚合反應為放 097133081^^^^ Α0101 第12頁/共23頁 1013222523-0 熱及庙、人# 101年.06月14日按正替换頁 久應,冷藏條侔;}-:— 要比室Ό ^ 于,j的奈米碳管/導電聚合物複合材料 性於至啣所得到的奈米碳管/導電聚合物複合材料的導電 因此令技術領域的技術人員可根據實際情況選 〜所述㈣聚合物織維的長度S10H1G毫米,直 您為30奈米〜120奈米。 [0037] ^ 。。施例中,可將所述含有奈米碳管薄膜的導電聚合物 單體的酸溶液與氧化劑的酸溶液的混合液放置於〇〜5攝氏 度的環境中,冷藏10小時,使得聚笨胺纖維複合在所述 $米碳管的表面或/和附著在所述奈米碳管的管壁上,或 者所述聚本案纖維還可彼此相互連接後再複合在所述奈 米碳管的表面或/和附著在所述奈米碳管的管壁上。 [0038] 本技術方案奈米碳管/導電聚合物複合材料的製備方法中 ,採用將50~90質量份的奈米碳管薄膜與20〜40質量份導 電聚合物單體配置的酸溶液混合,再加入由20〜40質量份 的氧化劑配置的氧化劑的酸溶液,使導電聚合物單體氧 化聚合成導電聚合物,從而與奈米碳管薄膜複合形成奈 米碳管/導電聚合物複合材料。上述奈米碳管薄膜、導電 聚合物單體及氧化劑的質量比例關係有利於確保本技術 方案製備的奈米碳管/導電聚合物複合材料中聚苯胺纖維 複合在所述奈米碳管的表面或/和附著在所述奈米碳管的 管壁上,或者所述聚本案纖維還可彼此相互連接後再複 合在所述奈米碳管的表面或/和附著在所述奈米碳管的管 壁上。 [0039] 所述製備奈米碳管/導電聚合物複合材料的製備方法還可 進一步包括一採用清洗溶液清洗並烘乾所述奈米碳管/導 隱麵^單编號A〇101 第13頁/共23頁 1013222523-0 1377171 [0040] [0041] _33(^單编號删1 101:年.06月14日接正替換^ 電聚合物複合材料的步驟。具體地,該步驟可通過以下 方法貫現.首先’將奈米碳官/導電聚合物複合材料從混 合液中取出,將其放入盛有去離子水的容器内清洗多次 ,以除去奈米碳管/導電聚合物複合材料中的離子雜質; 其次’再將其放入盛有乙醇的容器中清洗多次以去除奈 · 米碳管/導電聚合物複合材料中殘留的其他有機雜質;最 後’將奈米碳管/導電聚合物複合材料取出,放入烘箱内 ’在80攝氏度下供乾4小時’將奈米碳管/導電聚合物複 合材料中的乙醇蒸發出來。通過清洗奈米碳管/導電聚合 物複合材料可有效去除奈米碳管/導電聚合物複合材料中 · 存在的其他離子雜質,及殘留其他有機雜質,從而進一 步提尚奈米碳管/導電聚合物複合材料的純度。 請參閱圖2,本技術方案所製備的奈米碳管/導電聚合物 複合材料10包括複數個奈米碳管丨2及複數個導電聚合物 纖維14 »所述複數個奈米碳管12相互連接形成一奈米碳 管薄膜16 ’複數個導電聚合物纖維14複合在所述奈米碳 管12的表面或/和附著在所述奈米碳管12的管壁上,所述 導電聚合物纖維14還可彼此相互連接後再複合在所述奈 · 米碳管12的表面或/和附著在所述奈米碳管12的管壁上。 在上述的奈来碳管/導電聚合物複合材料10中,奈米碳管 12形成的奈米碳管薄膜16起到了骨架作用,導電聚合物 纖維14依附在所述的奈米碳㈣膜16骨架上。進一步地 ’所述奈米碳管12和導電聚合物纖維14均勻分佈於㈣ 奈米碳管/導電聚合物複合材料中。 本技術方案所提供的奈来碳管/導電聚合物複合材料的製 第14頁/共23頁 1013222523-0 [ϊ〇1年-06月14日修正替換頁 備方法具有以下優點:其―,由於採用化學原位聚合法 將所述奈米碳管薄膜與導電聚合物複合,奈米碳管薄膜 . 中複數個奈米碳管均句分散且相互連接形成導電網路,、 . 使得制得的奈米破管/導電聚合物複合材料中奈米碳管均 勻分散。其二,由於採用化學原位聚合法將所述奈来碳 管薄旗與導電聚合物複合’無需添加表面活性劑,使得 纟米破管/導電聚合物複合材料中不包含表面活性劑。其 三,本技術方案提供的奈米碳管/導電聚合物複合材料的 製備方法,不需要用強酸氧化奈米碳管,奈米碳管的結 構完整,在製備過程中不會破壞奈米碳管的結構◊其四 ,採用化學原位聚合法將所述奈米碳管薄膜與導電聚A 物複合,製備工藝簡單,可實現連續、規模化生產,且 成本較低。 [〇〇42] 綜上所述’本技術方案確已符合發明專利之要件,遂依 法提出專利申請。惟,以上所述者僅為本技術方案之較 佳實施例,自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡 鲁 熟悉本案技藝之人士援依本技術方案之精神所作之等效 修飾或變化,皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 [0043] 圖1為本技術方案實施例的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法的流程圖。 圖2為木技術方案實施例的包含無序奈米碳管的奈米碳管 /導電聚合物複合材料的結構示意圖。 【主要元件符號說明】 [0045] 奈米碳管/導電聚合物複合材料:10 〇9?133〇8产單編銳A0101 第15頁/共23頁 1013222523-0 1377171 . - ._ _ _ . [0046] 奈米碳管:12 [0047] 導電聚合物纖維:14 [0048] 奈米碳管薄膜:16 097133081^單編號 A〇101 第16頁/共23頁 101年06月14日接正夸&頁
1013222523-0

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1377171 101年06月14日核正替换頁 七、申請專利範圍: 1 . 一種奈米碳管/導電聚合物複合材料的製備方法,其包括 以下步驟: 製備一奈米碳管薄膜; ’ 製備一導電聚合物單體的酸溶液,將所述奈米碳管薄膜浸 入所述導電聚合物單體的酸溶液中,形成一包含奈米碳管 薄膜與導電聚合物單體的酸溶液;. • 製備一氧化劑的酸溶液;及 將所述氧化劑的酸溶液與浸有奈米碳管薄膜的導電聚合物 • 單體的酸溶液混合,使導電聚合物單體聚合,獲得一奈米 碳管/導電聚合物複合材料。 2 .如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述奈米碳管薄膜的製備方法包括 直接生長法、碾壓法、拉膜法及絮化法。 3 .如申請專利範圍第2項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述直接生長法製備奈米碳管薄膜 為用化學氣相沈積法於一基板上生長奈米碳管薄膜。 ® 4 .如申請專利範圍第3項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,該奈米碳管薄膜為無序奈米碳管薄 膜,該奈米碳管薄膜包括複數個無序排列的奈米碳管。 5 .如申請專利範圍第2項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述採用拉膜法製備奈米碳管薄膜 的方法包括以下步驟: 製備一奈米碳管陣列; 從上述奈米碳管陣列中選定一定寬度的複數個奈米碳管片 097133081^ 單編號 A〇101 第17頁/共23頁 1Π1 1377171 . ... ___ 101年.06用14日核正_換頁 斷,優選為採用具有一定寬度的膠帶接觸奈米碳管陣列以 選定一定寬度的複數個奈米碳管片斷;及 以一定速度沿基本垂直於奈米碳管陣列生長方向拉伸該複 數個奈米碳管片斷,以形成一連續的奈米碳管薄膜。 6 .如申請專利範圍第5項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述奈米碳管薄膜為有序奈米碳管 薄膜,其包括複數個通過凡德瓦爾力首尾相連且沿同一方 向排列的奈米碳管。 7 .如申請專利範圍第2項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述採用碾壓法製備奈米碳管薄膜 I 的方法具體包括以下步驟: 提供一奈米碳管陣列形成於一基底;及 提供一施壓裝置擠壓上述奈米碳管陣列,從而得到奈米碳 管薄膜^ 8 .如申請專利範圍第7項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述奈米碳管薄膜為無序奈米碳管 薄膜,且包括複數個沿一個或複數個方向擇優取向排列的 奈米碳管。 . 9 .如申請專利範圍第2項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述絮化法製備奈米碳管薄膜包括 以下步驟: 提供一奈米碳管原料; 將上述奈米碳管原料添加到溶劑中並進行絮化處理獲得奈 米碳管絮狀結構;及 將上述奈米碳管絮狀結構從溶劑中分離,並對該奈米碳管 絮狀結構定型處理。 097133。8产單編號A0101 第18頁/共23頁 1013222523-0 10 丨101年.06月14日按ΙΕ®Ϊ1 如申請專圍第9項所制奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述絮化法製備的奈米碳管薄膜包 t數個均句分佈的奈米碳管,該複數個均句分佈的奈米 碳管通過凡德瓦爾力相互連卿成·_結構,從而形成一 /、有自支樓結構的奈米碳管薄膜。 11 如申明專利範圍第1項所述的奈米後管/導電聚合物複合材 料的製備方法’其中’所述酸溶液為鹽酸溶液、硫酸溶液 、硝酸溶液、鱗酸溶液及乙酸溶液中的—種或幾種的混合 .如申请專利範圍第1項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述形成一包含'奈米碳管薄膜與導 電聚合物單體的酸溶液的方法具體包括以下步驟:提供 20〜40質量份導電聚合物單體’配製摩爾濃度為〇. ^摩 爾/升的酸溶液; 將所述導電聚合物單體溶於酸溶液中,得到導電聚合物單 。體摩爾濃度為0. 1〜5摩爾/升的導電聚合物單體的酸溶液 * ) 取50〜90質量份的奈米碳管薄膜,將其浸入所述導電聚合 物的酸溶液中,形成一包含奈米碳管薄膜與導電聚合物單 體的酸溶液;及 將含有奈米碳管薄膜的導電聚合物單體的酸溶液在0〜5攝 氏度冷藏3~10小時。 13 .如申請專利範圍第12項所述的奈米碳管/導電聚合物複合 材料的製備方法,其中,所述導電聚合物單體材料為苯胺 、。比洛、嗟吩、乙炔、對苯及對苯撐乙稀中的一種或幾種 〇9713308广單編號 A0101 第19頁/共23頁 10!3222523-0 1377171 ______________________ _____________________________ _ i〇l^〇6J.14B 14 .如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述製備一氧化劑的酸溶液的方法 具體包括以下步驟: 稱量20〜40質量份的氧化劑於一容器中; 倒入摩爾濃度為0. 1〜5摩爾/升的酸溶液,配製成氧化劑 ' 的摩爾濃度為0. 1〜5摩爾/升的氧化劑的酸溶液;及 將所述氧化劑的酸溶液在〇~5攝氏度冷藏3〜10小時。 15 .如申請專利範圍第14項所述的奈米碳管/導電聚合物複合 材料的製備方法,其中,所述氧化劑包括過硫酸胺、高錳 酸钟及雙氧水。 β 16 .如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述導電聚合物單體的酸溶液的摩 爾濃度與所述氧化劑的酸溶液的摩爾濃度之比為1 : 2~2 :1 17 .如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述使導電聚合物單體聚合,製備 奈米碳管/導電聚合物複合材料的方法具體包括以下步驟 將所述浸有奈米碳管薄膜的導電聚合物單體的酸溶液置於 冰水混合物中;及 逐滴加入氧化劑的酸溶液,使得導電聚合物單體發生聚合 反應,形成導電聚合物纖維,導電聚合物纖維直接或相互 連接後複合在所述奈米碳管的表面或/和附著在所述奈米 碳管的管壁上。 18 .如申請專利範圍第17項所述的奈米碳管/導電聚合物複合 材料的製備方法,其中,所述使導電聚合物單體聚合,製 1013222523-0 0971^081^單编號Α〇1ίΠ 第20頁/共23頁 1377171 ---- 101年.06月14日梭正替换頁 備奈米碳管/導電聚合物複合材料的方法進一步包括一待 所述氧化劑的酸溶液滴加完畢,將所述含有奈米碳管薄膜 的導電聚合物單體的酸溶液與氧化劑的酸溶液的混合液在 0-5攝氏度冷藏5~20小時的步驟。 ' 19 .如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管/導電聚合物複合材 料的製備方法,其中,所述製備奈米碳管/導電聚合物複 • 合材料的方法進一步包括用清洗溶劑清洗所述奈米碳管/ . 導電聚合物複合材料並烘乾,其具體包括以下步驟: 將奈米碳管/導電聚合物複合材料從混合液中取出,將其 • 放入盛有去離子水的容器内清洗多次; 再將其放入盛有乙醇的容器中清洗多次;及 取出奈米碳管/導電聚合物複合材料,放入烘箱内,在80 攝氏度下烘乾2~6小時。 單編號 A0101 第21頁/共23頁 1013222523-0
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