專利名稱：一種合成納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的合成方法，特別是涉及一種納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)合材料的合成方法背景技術(shù)氮化物材料因具有工程應(yīng)用特性而倍受關(guān)注。一些過(guò)渡金屬氮化物表現(xiàn)出高強(qiáng)度、高硬度、良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和催化特性。因此氮化物在封裝材料、結(jié)構(gòu)材料、催化劑等方面有廣泛應(yīng)用。由于氮化物通常需要在高溫下，長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)生成，所以長(zhǎng)期以來(lái)制備納米級(jí)氮化物粉體一直比較困難。Journal of theAmerican Ceramic Society，1294，85(2002)報(bào)道了以納米氧化鉻為前驅(qū)體、氨氣為氮化劑可以降低氮化反應(yīng)溫度，縮短氮化反應(yīng)時(shí)間，制得氮化鉻納米粉體，為納米氮化鉻材料的應(yīng)用提供了可能。
具有共扼雙鍵的導(dǎo)電高分子聚吡咯，以其高的導(dǎo)電率、空氣中穩(wěn)定和易于制備的優(yōu)點(diǎn)而日益受到人們的關(guān)注。有關(guān)聚吡咯/無(wú)機(jī)復(fù)合材料已有諸多報(bào)道，例如任麗等在河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)101，29[6](2000)上報(bào)道了PPy/SiO2納米復(fù)合材料；張玉泉在現(xiàn)代化工37，24[1](2004)上報(bào)道了PPy/Y2O3納米復(fù)合材料；漆海波等在電子元件與材料29，21[12](2002)上報(bào)道了碳納米管/PPy復(fù)合材料；HanGaoyi等在Thin Solid Films，64，474(2005)報(bào)道了碳納米管/PPy復(fù)合薄膜材料；鄧建國(guó)等在高分子學(xué)報(bào)393，[3](2003)上報(bào)道了具有復(fù)合材料的Fe3O4/PPy磁性納米微球，Yavuzz1em等在Synthetic Metals，211，151(2005)上報(bào)道了PPy/錳鋅鐵氧體的復(fù)合材料；Sunderland Kiko等在Materials Letters，3136，58(2004)上報(bào)道了γ-Fe2O3/PPy納米復(fù)合材料，合成工藝復(fù)雜、所需生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜，合成的復(fù)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(fù)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(xué)性能上同時(shí)具備無(wú)機(jī)材料的剛性、尺寸穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、耐磨性和有機(jī)基體的韌性、易加工性，具有良好力學(xué)性能的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料。到目前為止，未見(jiàn)納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)合材料的報(bào)道。本發(fā)明旨在提供一種制備納米氮化鉻-聚吡咯復(fù)合材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種合成納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)合材料的方法，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足或缺陷，滿足生產(chǎn)或生活的需要。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種合成納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)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(zhì)量比為1∶20～30，納米氮化鉻粉體與改性劑的質(zhì)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(zhì)量比為1∶0.5～5；(3)取引發(fā)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(shí)內(nèi)逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與引發(fā)劑的質(zhì)量比為1∶0.5～1.5，在0℃～10℃下聚合反應(yīng)2～5小時(shí)，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過(guò)濾3次，產(chǎn)物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復(fù)合材料。
作為優(yōu)選的技術(shù)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(fā)劑為過(guò)硫酸銨。
所述的納米氮化鉻粉體的粒徑為10～100nm。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)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(shí)間形成乳液。機(jī)械攪拌下加入一定量納米氮化鉻粉體，超聲分散一定時(shí)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(jī)械攪拌下加入一定量吡咯單體。將一定量的過(guò)硫酸銨溶于去離子水中，在機(jī)械攪拌下逐滴滴入三口瓶中，在一定溫度、機(jī)械攪拌條件下原位聚合反應(yīng)2～5小時(shí)。將懸浮液減壓抽濾，并用去離子水和乙醇超聲洗滌過(guò)濾，產(chǎn)物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)合材料。
由此可見(jiàn)，本發(fā)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(fù)合材料?，F(xiàn)分別詳述如下一.納米氮化鉻粉體的表面改性本發(fā)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(shí)間形成乳液。在400-800轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速攪拌下，加入納米氮化鉻粉體，超聲一定時(shí)間，使改性劑與納米氮化鉻粉體表面發(fā)生作用，對(duì)納米氮化鉻粉體進(jìn)行表面改性。
二.納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)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(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速機(jī)械攪拌下加入一定量吡咯單體。將一定量的過(guò)硫酸銨溶于去離子水中，在機(jī)械攪拌下逐滴滴入三口瓶中。在一定溫度、機(jī)械攪拌條件下原位聚合反應(yīng)2～5小時(shí)。將懸浮液減壓抽濾，并用去離子水和乙醇超聲洗滌過(guò)濾，產(chǎn)物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)合材料。通過(guò)調(diào)整納米氮化鉻和聚吡咯的引入量，控制復(fù)合材料的組成；通過(guò)聚合溫度、聚合時(shí)間控制吡咯的聚合程度。所以組成、聚合溫度、聚合時(shí)間這三個(gè)參數(shù)的選擇均對(duì)復(fù)合材料的性能有至關(guān)重要的影響，合理選擇這三個(gè)參數(shù)，使之有機(jī)匹配是很重要的。
本發(fā)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(fù)合材料。
2.合成的納米氮化鉻-聚吡咯復(fù)合材料分散性好、相容性好。
3.合成工藝簡(jiǎn)單、所需生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1.本發(fā)明制得的納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)合材料的X射線衍射2.本發(fā)明制得的納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)合材料的透射電鏡照片圖3.本發(fā)明制得的納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)合材料的高分辨透射電鏡照片具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
實(shí)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(zhì)量比為1∶20，納米氮化鉻粉體與十二烷基磺酸鈉的質(zhì)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(zhì)量比為1∶2；(3)取過(guò)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(shí)逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與過(guò)硫酸銨的質(zhì)量比為1∶0.5，在0℃下聚合反應(yīng)2小時(shí)，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過(guò)濾3次，產(chǎn)物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復(fù)合材料。
圖1為本實(shí)施例合成的納米氮化鉻-聚吡咯復(fù)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(shuō)明合成了納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)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(tuán)聚現(xiàn)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(shí)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(zhì)量比為1∶30，納米氮化鉻粉體與十二烷基磺酸鈉的質(zhì)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(zhì)量比為1∶0.5；(3)取過(guò)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(shí)逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與過(guò)硫酸銨的質(zhì)量比為1∶1.5，在10℃下聚合反應(yīng)3小時(shí)，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過(guò)濾3次，產(chǎn)物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復(fù)合材料。
X射線衍測(cè)試結(jié)果表明，合成的是納米氮化鉻-聚吡咯復(fù)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(tuán)聚現(xiàn)象較少。
實(shí)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(zhì)量比為1∶20，納米氮化鉻粉體與十二烷基磺酸鈉的質(zhì)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(zhì)量比為1∶5；(3)取過(guò)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(shí)逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與過(guò)硫酸銨的質(zhì)量比為1∶1，在5℃下聚合反應(yīng)5小時(shí)，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過(guò)濾3次，產(chǎn)物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復(fù)合材料。
X射線衍測(cè)試結(jié)果表明，合成的是納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)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(tuán)聚現(xiàn)象較少。
實(shí)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(zhì)量比為1∶20，納米氮化鉻粉體與N-甲基吡咯烷酮的質(zhì)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(zhì)量比為1∶2；(3)取引發(fā)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(shí)逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與引發(fā)劑的質(zhì)量比為1∶1，在0℃下聚合反應(yīng)2小時(shí)，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過(guò)濾3次，產(chǎn)物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復(fù)合材料。
X射線衍測(cè)試結(jié)果表明，合成的是納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)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(tuán)聚現(xiàn)象較少。
權(quán)利要求
1.一種合成納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)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(zhì)量比為1∶20～30，納米氮化鉻粉體與改性劑的質(zhì)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(zhì)量比為1∶0.5～5；(3)取引發(fā)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(shí)內(nèi)逐滴滴入步驟(2)的混合溶液中，吡咯單體與引發(fā)劑的質(zhì)量比為1∶0.5～1.5，在0℃～10℃下聚合反應(yīng)2～5小時(shí)，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過(guò)濾3次，產(chǎn)物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻-聚吡咯復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨。
4.根據(jù)權(quán)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(fā)明公開(kāi)了一種合成納米氮化鉻/聚吡咯復(fù)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(fā)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(yīng)2～5小時(shí)，將懸浮液減壓抽濾，分別用去離子水和乙醇超聲洗滌過(guò)濾3次，產(chǎn)物在60℃下真空干燥24h，得到納米氮化鉻－聚吡咯復(fù)合材料。本發(fā)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(fù)合材料；合成的復(fù)合材料分散性好、相容性好；合成工藝簡(jiǎn)單、所需生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C08K3/28GK1884377SQ20061002730
公開(kāi)日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月6日
發(fā)明者李耀剛, 朱美芳, 王宏志 申請(qǐng)人:東華大學(xué)