專利名稱：一種合成納米氮化鉻/聚吡咯復合材料的方法
技術領域：
本發明涉及一種復合材料的合成方法，特別是涉及一種納米氮化鉻/聚吡咯復合材料的合成方法背景技術氮化物材料因具有工程應用特性而倍受關注。一些過渡金屬氮化物表現出高強度、高硬度、良好的導電、導熱性和催化特性。因此氮化物在封裝材料、結構材料、催化劑等方面有廣泛應用。由于氮化物通常需要在高溫下，長時間反應生成，所以長期以來制備納米級氮化物粉體一直比較困難。Journal of theAmerican Ceramic Society，1294，85(2002)報道了以納米氧化鉻為前驅體、氨氣為氮化劑可以降低氮化反應溫度，縮短氮化反應時間，制得氮化鉻納米粉體，為納米氮化鉻材料的應用提供了可能。
具有共扼雙鍵的導電高分子聚吡咯，以其高的導電率、空氣中穩定和易于制備的優點而日益受到人們的關注。有關聚吡咯/無機復合材料已有諸多報道，例如任麗等在河北工業大學學報101，29[6](2000)上報道了PPy/SiO2納米復合材料；張玉泉在現代化工37，24[1](2004)上報道了PPy/Y2O3納米復合材料；漆海波等在電子元件與材料29，21[12](2002)上報道了碳納米管/PPy復合材料；HanGaoyi等在Thin Solid Films，64，474(2005)報道了碳納米管/PPy復合薄膜材料；鄧建國等在高分子學報393，[3](2003)上報道了具有復合材料的Fe3O4/PPy磁性納米微球，Yavuzz1em等在Synthetic Metals，211，151(2005)上報道了PPy/錳鋅鐵氧體的復合材料；Sunderland Kiko等在Materials Letters，3136，58(2004)上報道了γ-Fe2O3/PPy納米復合材料，合成工藝復雜、所需生產設備復雜，合成的復合材料的分散性和相容性較差。
CrN的比電阻為6.4×10-5Ω·cm，是一種反鐵磁性材料。將氮化鉻納米粉體與聚吡咯復合，提高氮化鉻納米粉體與聚合物的相容性，改善聚吡咯的電性能，可得到在物理與力學性能上同時具備無機材料的剛性、尺寸穩定性、熱穩定性、耐磨性和有機基體的韌性、易加工性，具有良好力學性能的有機/無機復合材料。到目前為止，未見納米氮化鉻/聚吡咯復合材料的報道。本發明旨在提供一種制備納米氮化鉻-聚吡咯復合材料的方法。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種合成納米氮化鉻/聚吡咯復合材料的方法，以彌補現有技術的不足或缺陷，滿足生產或生活的需要。
為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是一種合成納米氮化鉻/聚吡咯復合材料的方法，包括如下步驟(1)將改性劑溶入去離子水中，超聲分散40分鐘形成乳液，攪拌下加入納米氮化鉻粉體，室溫下超聲分散30～60分鐘，得到改性納米氮化鉻的懸浮液；其中，改性劑與去離子水的質量比為1∶20～30，納米氮化鉻粉體與改性劑的質量比為1∶1～2.5；(2)將得到的懸浮液放在冰水浴中，加入吡咯單體，攪拌，吡咯單體與納米氮化鉻粉體的質量比為1∶0.5～5；(3)取引發劑溶于去離子水中制成濃度為0.1M的溶液，在攪拌作用下，0.2～0.5小時內逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與引發劑的質量比為1∶0.5～1.5，在0℃～10℃下聚合反應2～5小時，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過濾3次，產物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復合材料。
作為優選的技術方案所述的改性劑為十二烷基磺酸鈉或N-甲基吡咯烷酮。
所述的引發劑為過硫酸銨。
所述的納米氮化鉻粉體的粒徑為10～100nm。
本發明的目的是這樣實施的在常壓下將一定量十二烷基磺酸鈉或N-甲基吡咯烷酮溶于一定量的去離子水中，超聲攪拌一定時間形成乳液。機械攪拌下加入一定量納米氮化鉻粉體，超聲分散一定時間，得到表面改性的納米氮化鉻粉體。將改性后的納米氮化鉻懸浮液裝入冰水浴中的圓底三口瓶中，機械攪拌下加入一定量吡咯單體。將一定量的過硫酸銨溶于去離子水中，在機械攪拌下逐滴滴入三口瓶中，在一定溫度、機械攪拌條件下原位聚合反應2～5小時。將懸浮液減壓抽濾，并用去離子水和乙醇超聲洗滌過濾，產物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻/聚吡咯復合材料。
由此可見，本發明具體可分為兩大步第一步是納米氮化鉻粉體的表面改性；第二步是原位聚合法合成納米氮化鉻/聚吡咯復合材料。現分別詳述如下一.納米氮化鉻粉體的表面改性本發明所涉及的表面改性劑為十二烷基磺酸鈉或N-甲基吡咯烷酮。先將表面改性劑溶解于去離子水中，超聲攪拌一定時間形成乳液。在400-800轉/分鐘轉速攪拌下，加入納米氮化鉻粉體，超聲一定時間，使改性劑與納米氮化鉻粉體表面發生作用，對納米氮化鉻粉體進行表面改性。
二.納米氮化鉻/聚吡咯復合材料的合成將改性后的納米氮化鉻懸浮液裝入水浴中的圓底三口瓶中，在400-800轉/分鐘轉速機械攪拌下加入一定量吡咯單體。將一定量的過硫酸銨溶于去離子水中，在機械攪拌下逐滴滴入三口瓶中。在一定溫度、機械攪拌條件下原位聚合反應2～5小時。將懸浮液減壓抽濾，并用去離子水和乙醇超聲洗滌過濾，產物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻/聚吡咯復合材料。通過調整納米氮化鉻和聚吡咯的引入量，控制復合材料的組成；通過聚合溫度、聚合時間控制吡咯的聚合程度。所以組成、聚合溫度、聚合時間這三個參數的選擇均對復合材料的性能有至關重要的影響，合理選擇這三個參數，使之有機匹配是很重要的。
本發明的有益效果是1.可以合成出含不同氮化鉻、聚吡咯比例的納米氮化鉻/聚吡咯復合材料。
2.合成的納米氮化鉻-聚吡咯復合材料分散性好、相容性好。
3.合成工藝簡單、所需生產設備簡單，易于實現工業化生產。
圖1.本發明制得的納米氮化鉻/聚吡咯復合材料的X射線衍射2.本發明制得的納米氮化鉻/聚吡咯復合材料的透射電鏡照片圖3.本發明制得的納米氮化鉻/聚吡咯復合材料的高分辨透射電鏡照片具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細闡述。
實施例1(1)稱取十二烷基磺酸鈉溶于去離子水中，超聲分散40分鐘形成乳液，攪拌下加入納米氮化鉻粉體，室溫下超聲分散40分鐘，得到改性納米氮化鉻的懸浮液，其中，十二烷基磺酸鈉與去離子水的質量比為1∶20，納米氮化鉻粉體與十二烷基磺酸鈉的質量比為1∶1；(2)將得到的懸浮液放在冰水浴中，加入吡咯單體，攪拌，吡咯單體與納米氮化鉻粉體的質量比為1∶2；(3)取過硫酸銨溶于去離子水中制成濃度為0.1M的溶液，在攪拌作用下，0.2小時逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與過硫酸銨的質量比為1∶0.5，在0℃下聚合反應2小時，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過濾3次，產物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復合材料。
圖1為本實施例合成的納米氮化鉻-聚吡咯復合材料的X射線衍射圖，可以看到屬于聚吡咯和立方相氮化鉻的衍射峰，說明合成了納米氮化鉻/聚吡咯復合材料。圖2為其透射電鏡照片，表明其納米氮化鉻均勻分散在聚吡咯中，氮化鉻顆粒間團聚現象較少。圖3為合成材料的高分辨透射電鏡照片，可以看出約5nm的聚吡咯層包覆在納米氮化鉻顆粒的表面。
實施例2(1)稱取十二烷基磺酸鈉溶于去離子水中，超聲分散40分鐘形成乳液，攪拌下加入納米氮化鉻粉體，室溫下超聲分散60分鐘，得到改性納米氮化鉻的懸浮液，其中，十二烷基磺酸鈉與去離子水的質量比為1∶30，納米氮化鉻粉體與十二烷基磺酸鈉的質量比為1∶2.5；(2)將得到的懸浮液放在冰水浴中，加入吡咯單體，攪拌，吡咯單體與納米氮化鉻粉體的質量比為1∶0.5；(3)取過硫酸銨溶于去離子水中制成濃度為0.1M的溶液，在攪拌作用下，0.5小時逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與過硫酸銨的質量比為1∶1.5，在10℃下聚合反應3小時，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過濾3次，產物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復合材料。
X射線衍測試結果表明，合成的是納米氮化鉻-聚吡咯復合材料。透射電鏡觀察表明其納米氮化鉻均勻分散在聚吡咯中，氮化鉻顆粒間團聚現象較少。
實施例3(1)稱取十二烷基磺酸鈉溶于去離子水中，超聲分散40分鐘形成乳液，攪拌下加入納米氮化鉻粉體，室溫下超聲分散30分鐘，得到改性納米氮化鉻的懸浮液，其中，十二烷基磺酸鈉與去離子水的質量比為1∶20，納米氮化鉻粉體與十二烷基磺酸鈉的質量比為1∶2；(2)將得到的懸浮液放在冰水浴中，加入吡咯單體，攪拌，吡咯單體與納米氮化鉻粉體的質量比為1∶5；(3)取過硫酸銨溶于去離子水中制成濃度為0.1M的溶液，在攪拌作用下，0.5小時逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與過硫酸銨的質量比為1∶1，在5℃下聚合反應5小時，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過濾3次，產物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復合材料。
X射線衍測試結果表明，合成的是納米氮化鉻/聚吡咯復合材料。透射電鏡觀察表明其納米氮化鉻均勻分散在聚吡咯中，氮化鉻顆粒間團聚現象較少。
實施例4(1)將N-甲基吡咯烷酮溶入去離子水中，超聲分散40分鐘形成乳液，攪拌下加入納米氮化鉻粉體，室溫下超聲分散30分鐘，得到改性納米氮化鉻的懸浮液；其中，N-甲基吡咯烷酮與去離子水的質量比為1∶20，納米氮化鉻粉體與N-甲基吡咯烷酮的質量比為1∶1；(2)將得到的懸浮液放在冰水浴中，加入吡咯單體，攪拌，吡咯單體與納米氮化鉻粉體的質量比為1∶2；(3)取引發劑溶于去離子水中制成濃度為0.1M的溶液，在攪拌作用下，0.5小時逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與引發劑的質量比為1∶1，在0℃下聚合反應2小時，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過濾3次，產物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復合材料。
X射線衍測試結果表明，合成的是納米氮化鉻/聚吡咯復合材料。透射電鏡觀察表明其納米氮化鉻均勻分散在聚吡咯中，氮化鉻顆粒間團聚現象較少。
權利要求
1.一種合成納米氮化鉻/聚吡咯復合材料的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將改性劑溶入去離子水中，超聲分散40分鐘形成乳液，攪拌下加入納米氮化鉻粉體，室溫下超聲分散30～60分鐘，得到改性納米氮化鉻的懸浮液；其中，改性劑與去離子水的質量比為1∶20～30，納米氮化鉻粉體與改性劑的質量比為1∶1～2.5；(2)將得到的懸浮液放在冰水浴中，加入吡咯單體，攪拌，吡咯單體與納米氮化鉻粉體的質量比為1∶0.5～5；(3)取引發劑溶于去離子水中制成濃度為0.1M的溶液，在攪拌作用下，0.2～0.5小時內逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與引發劑的質量比為1∶0.5～1.5，在0℃～10℃下聚合反應2～5小時，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過濾3次，產物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復合材料。
2.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的改性劑為十二烷基磺酸鈉或N-甲基吡咯烷酮。
3.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的引發劑為過硫酸銨。
4.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的納米氮化鉻粉體的粒徑為10～100nm。
全文摘要
發明公開了一種合成納米氮化鉻/聚吡咯復合材料的方法，包括如下步驟將改性劑溶入去離子水中，超聲分散40分鐘形成乳液，攪拌下加入納米氮化鉻粉體，室溫下超聲分散30～60分鐘，得到改性納米氮化鉻的懸浮液；將得到的懸浮液放在冰水浴中，加入吡咯單體，攪拌；取引發劑溶于去離子水中制成溶液，逐滴滴入混合溶液中，聚合反應2～5小時，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過濾3次，產物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻－聚吡咯復合材料。本發明的有益效果是可以合成出含不同組分的納米氮化鉻/聚吡咯復合材料；合成的復合材料分散性好、相容性好；合成工藝簡單、所需生產設備簡單，易于實現工業化生產。
文檔編號C08K3/28GK1884377SQ20061002730
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月6日 優先權日2006年6月6日
發明者李耀剛, 朱美芳, 王宏志 申請人:東華大學