本發(fā)明涉及導(dǎo)電聚合物材料，具體地說(shuō)，是通過(guò)原位聚合的方法利用肉豆蔻酰谷氨酸鈉誘導(dǎo)制備具有片狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚吡咯，這種高電導(dǎo)率片狀聚吡咯可應(yīng)用于太赫茲吸收領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、導(dǎo)電聚吡咯是一種常見(jiàn)的導(dǎo)電聚合物，具有典型的剛性共軛大π鍵結(jié)構(gòu)，因此表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。其電導(dǎo)率可達(dá)102-103s/cm。聚吡咯的電導(dǎo)率可以通過(guò)改變摻雜離子的種類，濃度以及聚合條件等因素進(jìn)行調(diào)控。聚吡咯在電化學(xué)、生物材料、電磁屏蔽、氣體分離等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。聚吡咯的微觀形貌多種多樣，包括但不限于顆粒狀、膜狀、棒桿狀、管線狀、多棱盒狀、片狀以及纖維狀等。這些微觀形貌的變化主要受到多種合成條件的影響，比如氧化劑用量、合成溫度、摻雜劑種類等。

2、目前，聚吡咯的制備方法主要分為化學(xué)氧化法和電化學(xué)合成法兩大類。其中，化學(xué)氧化法是通過(guò)在水溶液中加入氧化劑，使吡咯單體發(fā)生聚合反應(yīng)，生成聚吡咯。這種方法的合成工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。聚吡咯的化學(xué)氧化法可以細(xì)分為以下幾種方法：溶液聚合法、乳液聚合法、模板聚合法、酶催化法。其中，模板聚合法使利用具有特定結(jié)構(gòu)的模板來(lái)控制聚吡咯的形貌和尺寸。在此方法中，吡咯單體在模板的孔道或表面發(fā)生聚合反應(yīng)，生成具有特定形貌的尺寸的聚吡咯。模板聚合法可以制備出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的聚吡咯材料，如多孔材料、納米線、納米片、納米管等。

3、模板聚合法又可以根據(jù)模板的類型進(jìn)一步細(xì)分為硬模板法和軟模板法。硬模板法是利用具有特殊內(nèi)部或外部形貌的固體材料為模板，為聚吡咯的生長(zhǎng)提供導(dǎo)向和限制，從而制備出具有特定形貌和尺寸的聚吡咯材料。軟模板法則是利用表面活性劑分子、嵌段共聚物等作為模板，通過(guò)物理或化學(xué)作用將吡咯單體吸附到模板表面或孔道中，然后引發(fā)聚合反應(yīng)。軟模板法的優(yōu)點(diǎn)在于模板制備簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)方法和使用設(shè)備不復(fù)雜，且模板容易去除，此外，軟模板的形態(tài)多樣，為制備不同形貌的導(dǎo)電聚合物提供了可選性。

4、在一些關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，聚吡咯的電導(dǎo)率往往直接影響最終的產(chǎn)品性能。比如，在電子器件領(lǐng)域，聚吡咯的電導(dǎo)率直接影響電子器件的性能和效率；在傳感器領(lǐng)域，聚吡咯的電導(dǎo)率決定了傳感器的靈敏度和響應(yīng)速度；在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，聚吡咯的電導(dǎo)率直接影響電池和電容器的充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性；在電磁防護(hù)領(lǐng)域，聚吡咯的電導(dǎo)率直接影響吸波頻率范圍和吸波效果。因此，如何發(fā)展一種工藝簡(jiǎn)便、易于工藝化且形貌尺寸可控的電導(dǎo)率可調(diào)的聚吡咯制備方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯、制備方法及其在太赫茲吸收領(lǐng)域中的應(yīng)用，該制備方法獲得的聚吡咯形貌均一，電導(dǎo)率可控。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，提供技術(shù)方案如下：

3、一種電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯的制備方法，步驟如下：

4、(1)將肉豆蔻酰谷氨酸鈉分散于無(wú)水乙醇中，攪拌并超聲分散均勻；

5、(2)將吡咯單體注射至步驟(1)的肉豆蔻酰谷氨酸鈉溶液，攪拌并超聲分散形成反應(yīng)體系，加入一定量的去離子水，并將反應(yīng)體系置于冰浴條件下繼續(xù)攪拌一段時(shí)間；

6、(3)將氧化劑緩慢加入步驟(2)中的反應(yīng)體系，混合均勻，攪拌反，得到的產(chǎn)物用去離子水和乙醇反復(fù)沖洗，并置于真空干燥箱中干燥，得到具有片狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚吡咯。

7、進(jìn)一步地，步驟(1)中的肉豆蔻酰谷氨酸鈉濃度為0.1-2mg/ml。

8、進(jìn)一步地，步驟(2)中吡咯單體在使用前經(jīng)過(guò)重新蒸餾。

9、進(jìn)一步地，肉豆蔻酰谷氨酸鈉與吡咯單體的質(zhì)量比為1：10-1：1。

10、進(jìn)一步地，步驟(3)中氧化劑包括過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、無(wú)水三氯化鐵、九水硝酸鐵、無(wú)水硫酸鐵中的一種或多種。

11、進(jìn)一步地，步驟(3)中反應(yīng)時(shí)的攪拌速度為100r/min-1000r/min。

12、進(jìn)一步地，吡咯與氧化劑的摩爾比為1：1-1：4。

13、進(jìn)一步地，步驟(3)中的烘干溫度是60℃，烘干時(shí)間為12h。

14、本發(fā)明還提供一種電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯在太赫茲吸收領(lǐng)域中的應(yīng)用，該片狀聚吡咯的長(zhǎng)度為10μm，寬度為3μm，厚度為500nm。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明展現(xiàn)出了多方面的顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

16、(1)在制備工藝上，本發(fā)明采用了獨(dú)特且創(chuàng)新的制備方法，從而能夠獲得的聚吡咯具有極其均一的形貌。這一均一性不僅體現(xiàn)在聚吡咯顆粒的大小、形狀上高度一致，還確保了其在材料中的分布均勻，有效避免了團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。更為先進(jìn)的是，通過(guò)精確調(diào)控制備過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，本發(fā)明的制備方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚吡咯電導(dǎo)率的精準(zhǔn)控制。這意味著，根據(jù)具體的應(yīng)用需求，可以靈活調(diào)整電導(dǎo)率至最優(yōu)范圍，為材料在電子器件、傳感器等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

17、(2)在性能表現(xiàn)上，本發(fā)明公開(kāi)的片狀聚吡咯展現(xiàn)出了卓越的太赫茲吸收特性。具體而言，該材料在太赫茲頻段內(nèi)，小于等于-10db的最大有效吸收帶寬達(dá)到了驚人的5thz，這一數(shù)值遠(yuǎn)超同類材料，為太赫茲波吸收材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用開(kāi)辟了新的可能。同時(shí)，其最大吸收強(qiáng)度更是高達(dá)-40db，這一卓越的吸收性能使得本發(fā)明在太赫茲隱身技術(shù)、太赫茲通信屏蔽等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

18、(3)在制備機(jī)理上，本發(fā)明巧妙地利用了肉豆蔻酰谷氨酸鈉與吡咯單體之間的特殊化學(xué)作用，通過(guò)這一作用誘導(dǎo)吡咯單體聚合形成具有獨(dú)特片狀結(jié)構(gòu)的聚吡咯。在這一過(guò)程中，肉豆蔻酰谷氨酸鈉不僅起到了種子模板的關(guān)鍵作用，還促進(jìn)了吡咯單體之間的有序排列與聚合，從而確保了最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能優(yōu)越性。這種創(chuàng)新的制備策略不僅簡(jiǎn)化了制備流程，降低了生產(chǎn)成本，還使得制備得到的片狀聚吡咯在保持良好電導(dǎo)率的同時(shí)，具備了優(yōu)異的太赫茲波吸收特性，實(shí)現(xiàn)了材料性能與制備效率的雙重提升。

19、綜上所述，本發(fā)明在制備工藝、性能表現(xiàn)以及制備機(jī)理等多個(gè)方面均展現(xiàn)出了顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為聚吡咯材料的研發(fā)與應(yīng)用帶來(lái)了革命性的突破。

技術(shù)特征：

1.一種電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯的制備方法，其特征在于，步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯的制備方法，其特征在于，步驟(1)中的肉豆蔻酰谷氨酸鈉濃度為0.1-2mg/ml。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯的制備方法，其特征在于，步驟(2)中吡咯單體在使用前經(jīng)過(guò)重新蒸餾。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯的制備方法，其特征在于，肉豆蔻酰谷氨酸鈉與吡咯單體的質(zhì)量比為1：10-1：1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯的制備方法，其特征在于，步驟(3)中氧化劑包括過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、無(wú)水三氯化鐵、九水硝酸鐵、無(wú)水硫酸鐵中的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯的制備方法，其特征在于，步驟(3)中反應(yīng)時(shí)的攪拌速度為100r/min-1000r/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯的制備方法，其特征在于，吡咯與氧化劑的摩爾比為1：1-1：4。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯的制備方法，其特征在于，步驟(3)中的烘干溫度是60℃，烘干時(shí)間為12h。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述方法制備的電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯在太赫茲吸收領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種電導(dǎo)率可調(diào)的片狀聚吡咯、制備方法及其在太赫茲吸收領(lǐng)域中的應(yīng)用。該方法包括以下幾個(gè)步驟：將肉豆蔻酰谷氨酸鈉分散于無(wú)水乙醇中，攪拌并利用超聲波分散均勻，將吡咯單體注入肉豆蔻酰谷氨酸鈉溶液中，繼續(xù)攪拌并超聲分散，接著加入一定量的去離子水，在冰浴條件下繼續(xù)攪拌。加入氧化劑，攪拌反應(yīng)得到具有片狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚吡咯。本發(fā)明利用肉豆蔻酰谷氨酸鈉與吡咯單體之間的化學(xué)作用，誘導(dǎo)吡咯聚合形成具有片狀結(jié)構(gòu)的聚吡咯，肉豆蔻酰谷氨酸鈉起到種子模板的作用。制備得到的片狀聚吡咯可獲得良好的電導(dǎo)率，并且具有優(yōu)異的太赫茲波吸收特性。

技術(shù)研發(fā)人員：吳利鵬,亓花蕾,吳鈺,丁以民,文岐業(yè)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)長(zhǎng)三角研究院（湖州）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9