碳納米管/聚苯胺復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

冉青彥，喬聰震，石家華

(河南大學(xué) 精細(xì)化工研究所，河南 開封 475004)

自1991年日本學(xué)者[1]發(fā)現(xiàn)碳納米管(CNTs)以來，碳納米管以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和物化性能，在學(xué)術(shù)界及工業(yè)界引起了研究人員的廣泛關(guān)注. 按照石墨片的層數(shù)不同，碳納米管主要分為3類：單壁碳納米管(SWNTs)、雙壁碳納米管(DWNTs)和多壁碳納米管(MWNTs). 碳納米管具有較高的有效比表面積，良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和光學(xué)性能，優(yōu)良的磁學(xué)和力學(xué)性能. 基于這些性能，碳納米管在很多領(lǐng)域具有應(yīng)用前景[2].

碳納米管和導(dǎo)電聚合物的復(fù)合，可以綜合利用這兩種材料在電學(xué)、光學(xué)及力學(xué)等方面的性能，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，有望獲得性能更加優(yōu)異的納米復(fù)合材料. 目前，聚吡咯，聚苯胺，聚磺化苯胺和聚噻吩等導(dǎo)電聚合物與碳納米管的復(fù)合材料研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展[3-6]. 其中，聚苯胺(PANI)因其高導(dǎo)電性、良好的空氣穩(wěn)定性、存在多個(gè)氧化態(tài)、快速與可逆的氧化還原反應(yīng)、能儲(chǔ)存高密度電荷等[7]，具有很大的應(yīng)用前景，引起了人們的極大興趣，使之成為研究碳納米管和導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料的熱點(diǎn).

在CNTs中引入PANI，由于兩種材料之間的電荷轉(zhuǎn)移作用，CNTs/PANI復(fù)合材料具有優(yōu)良的電學(xué)性能[8]，CNTs/PANI復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度[9]、電儲(chǔ)存性能以及光學(xué)活性[10]等使復(fù)合材料有很大的應(yīng)用空間，例如，應(yīng)用于電子設(shè)備[9]，光電器件[11]，傳感器[12-16]，超級(jí)電容器[17-18]，液體中污染物吸附分離[19]，醫(yī)學(xué)材料[20-21]，燃料電池[22]，微波吸收和電磁干擾屏蔽[23]等. CNTs/PANI復(fù)合材料的制備方法多種多樣，主要有化學(xué)方法和電化學(xué)方法.本文綜述了聚苯胺包裹的碳納米管二元復(fù)合材料常用的化學(xué)制備方法，并對(duì)該復(fù)合材料的性能與主要應(yīng)用進(jìn)行了介紹.

1 碳納米管/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法

CNTs/PANI的化學(xué)制備方法大致可分為兩大類：原位聚合法、異位聚合法. 采用不同的方法制備的CNTs/PANI復(fù)合材料，由于在分子水平上，CNTs與PANI的復(fù)合結(jié)構(gòu)和相互作用有很大的差異，所以在性能上有很大的不同，從而滿足各種研究領(lǐng)域的需要.

1.1 原位聚合法

原位聚合法是在CNTs存在下，用氧化劑或其他方法引發(fā)苯胺單體聚合，苯胺在聚合的同時(shí)包裹在CNTs的表面而形成CNTs/PANI復(fù)合材料. 該方法適用于各種類型的CNTs，是制備該復(fù)合材料應(yīng)用最廣的方法. 我們把原位聚合制備CNTs/PANI的方法按照CNTs與PANI之間作用力的不同，分為兩大類：物理吸附法和化學(xué)鍵嫁接法. 物理吸附法按照所用溶劑的不同，分為單相溶劑物理吸附聚合法和兩相溶劑物理吸附聚合法；化學(xué)鍵嫁接法按照引發(fā)聚合條件的不同，包括氧化劑氧化化學(xué)鍵嫁接聚合法和特殊條件引發(fā)化學(xué)鍵嫁接聚合法.

1.1.1 單相溶劑物理吸附聚合法

在單相溶劑中用物理吸附聚合法的典型制備過程是：在一定體積的溶劑中，加入一定質(zhì)量比的CNTs和苯胺單體，在超聲條件下分散1～2 h，形成CNTs均勻分散的溶液. 然后將相應(yīng)量的氧化劑溶解在等體積的溶劑中，慢慢滴加到上述分散液中. 聚合反應(yīng)在攪拌條件下反應(yīng)12～24 h. 最后經(jīng)過離心或過濾、洗滌、干燥得到產(chǎn)品.

BAIBARAC等[24]采用2 mol/L的H2SO4作為溶劑，K2Cr2O7作為氧化劑制備了SWNTs/PANI復(fù)合材料. 并與異位聚合法制備的二元復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)和性能上進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比及分析. HE[12]、ZENG[25]和SAINI[23]等采用1 mol/L的HCl作為溶劑，過硫酸銨(APS)作為氧化劑，制備了PANI包裹的CNTs二元復(fù)合材料. LI等[17]采用相似的方法制備了核殼結(jié)構(gòu)的MWNTs/PANI復(fù)合材料. 他們將MWNTs預(yù)先置于濃鹽酸中，70 ℃下用低功率的超聲輻射處理15 h. 這樣的MWNTs具有光滑的側(cè)壁，使MWNTs的碳層結(jié)構(gòu)與PANI的芳香環(huán)之間的π-π共軛作用更強(qiáng). 實(shí)驗(yàn)表明：通過改變苯胺單體和MWNTs的配比，可以有效的控制包裹在碳納米管表面聚苯胺的厚度，如圖1所示 MWNTs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(a)50%，(b)20%.

MWNTs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(a)50%，(b)20%圖1 MWNTs/PANI的透射電鏡圖Fig.1 TEM images of MWNTs/PANI

上述制備CNTs/PANI復(fù)合材料所使用的均為原始的CNTs，由于原始的CNTs在酸性水溶液中分散性不好，對(duì)復(fù)合材料的制備影響很大. 為了改善CNTs在水溶劑中的溶解性，研究人員一般采用以下兩類方法：①基團(tuán)功能化CNTs. 例如用無機(jī)強(qiáng)酸濃H2SO4和濃HNO3處理CNTs，在CNTs的表面引入-COOH等活性基團(tuán)[26]，擴(kuò)大了其在水中的分散性. 這種方法是在聚合物基質(zhì)中均勻分散CNTs的理想方法，并且避免損壞CNTs的完整性，作為填充材料，有效地利用CNTs的導(dǎo)電或機(jī)械性能. ②采用表面活性劑. 例如陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉[20]、陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)[27-28]等. 為了更好的分散CNTs，研究人員會(huì)同時(shí)采用這兩類方法.

WU[26]、YANG[29]等采用羧酸化的MWNTs(c-MWNTs)，在HCl溶液中，用APS氧化苯胺單體制備了管狀的復(fù)合材料. 通過對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)理的分析，WU等[26]指出：PANI與MWNTs通過π-π*電子相互作用和氮原子與羧酸基團(tuán)之間的氫鍵作用結(jié)合在一起.

VALID等[20]在pH = 2的HCl溶劑中混合十二烷基硫酸鈉(SDS)、SWNTs和苯胺單體，經(jīng)離心、清洗之后，在酸性條件下，用APS為氧化劑，制備了SWNTs/SDS/PANI復(fù)合材料. 在此過程中，SDS不僅作為表面活性劑，還作為苯胺組裝和聚合的模版. GHATAK等[27]用1 mol/L的HCl為溶劑，APS為氧化劑，采用CTAB為陽離子表面活性劑制備了CNTs(SWNTs、DWNTs、MWNTs)/PANI復(fù)合材料. 經(jīng)過檢測(cè)，由于量子干涉效應(yīng)，SWNTs/PANI具有正導(dǎo)磁性能，DWNTs/PANI、MWNTs/PANI具有負(fù)導(dǎo)磁性能.

PARK等[22]采用濃度比為1∶3的濃HNO3和濃H2SO4溶液、0.1 mol/L的過硫酸鉀、十二烷基苯磺酸鈉處理CNTs，然后經(jīng)處理過的CNTs在0.1 mol/L十二烷基苯磺酸中與苯胺單體反應(yīng)形成CNTs/PANI復(fù)合材料. 實(shí)驗(yàn)表明：經(jīng)不同酸處理的的CNTs得到的復(fù)合材料分散性和導(dǎo)電性有很大差別，經(jīng)過混酸處理形成的復(fù)合材料導(dǎo)電性最高達(dá)16.5 S/cm，PANI與經(jīng)過過硫酸鉀處理的CNTs包裹性最強(qiáng).

原位化學(xué)聚合法是實(shí)驗(yàn)室制備CNTs/PANI復(fù)合材料最常用的方法. 這種方法操作簡單，反應(yīng)條件易于控制，并且可以通過改變某一個(gè)或多個(gè)條件而得到形貌和性能相差很大的CNTs/PANI聚合材料，在很多領(lǐng)域中具有潛在應(yīng)用價(jià)值.

1.1.2 兩相溶劑物理吸附聚合法

兩相溶劑物理吸附聚合法采用油和水體系作為反應(yīng)溶劑來制備復(fù)合材料. 包括“水包油”型的微乳聚合法和“油包水”型的反相微乳聚合法. 微乳聚合法是以水相為連續(xù)相，油相分散在水相中. 把CNTs、苯胺單體分散在體系中，隨著氧化劑的加入，氧化劑與苯胺單體通過油/水表面的接觸發(fā)生反應(yīng).

GUO等[30]采用1 mol/L的HCl/正己烷作為反應(yīng)體系，利用APS作為氧化劑，十二烷基苯磺酸鈉(DBAS)作為表面活性劑，丁醇作為助表面活性劑，制備了MWNTs/PANI復(fù)合材料. 制備過程的模型圖如圖2所示.

圖2 MWNTs/PANI的形成模型圖Fig.2 Model of a PANI/MWNTs nanocable formation

DENG等[31]用微乳聚合法制備了1.5 mol/L的H2SO4摻雜的CNTs/PANI復(fù)合材料，隨著CNTs的加入量增加至10%，復(fù)合材料的導(dǎo)電率達(dá)0.66 S/cm，比PANI(2.6×10-3S/cm)提高了25倍. JEEVANANDA等[32]以水/氯仿體系制備了SDS摻雜的c-MWNTs/PANI復(fù)合材料，在此過程中SDS既作為摻雜劑又作為表面活性劑分散c-MWNTs. SALVATIERRA等[33]采用甲苯/1 mol/L的H2SO4作為反應(yīng)體系，APS作為氧化劑，制備了透明的、獨(dú)自支撐的導(dǎo)電MWNTs/PANI膜. 為了提高M(jìn)WNTs在甲苯中的分散性，MWNTs提前用三氟乙酸處理. 實(shí)驗(yàn)通過控制MWNTs的質(zhì)量與苯胺單體體積的用量以及攪拌，形成不同透明度和光學(xué)質(zhì)量的薄膜. 這種方法直接形成了MWNTs/PANI膜，更有利于該復(fù)合材料的應(yīng)用研究.

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：體系特別穩(wěn)定，由于是界面聚合，苯胺單體在聚合過程中可以避免由于系列的非均相成核而形成聚集的大顆粒.

反相微乳聚合法是用非極性液體為連續(xù)相，聚合單體溶于水，然后借助乳化劑分散于油相中，形成“油包水”型微乳體系而進(jìn)行聚合. 反相微乳聚合具有聚合速率快的優(yōu)點(diǎn). 所以反相微乳聚合作為微乳聚合的一個(gè)補(bǔ)充得到了迅速的發(fā)展.

YU等[34]采用十二烷基苯磺酸鈉為表面活性劑，以環(huán)己烷/HCl作為微乳體系，反相微乳聚合法制備了PANI包裹的MWNTs，本實(shí)驗(yàn)通過丙酮猝滅法得到了不同反應(yīng)時(shí)間長度下的復(fù)合材料，研究PANI的包裹形貌與時(shí)間的關(guān)系. SUCKEVERIENE等[35]采用樟腦-10-磺酸為表面活性劑，以氯仿/水作為微乳體系，用反相微乳聚合法制備了CNTs/PANI復(fù)合材料，這種材料可以在氯仿中穩(wěn)定分散幾個(gè)月. KIM等[36]借助陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉把c-MWNTs分散在環(huán)己烷中，然后加入苯胺單體. 10 mL的0.1 mol/L的APS在10 h時(shí)間內(nèi)滴加到有機(jī)相中，聚合反應(yīng)在5 ℃條件下反應(yīng)24 h，形成了十二烷基苯磺酸鈉摻雜的PANI的復(fù)合材料.

與微乳聚合法相比，反相微乳聚合法的優(yōu)點(diǎn)是：制備的MWNTs/PANI復(fù)合材料具有高度有序的致密結(jié)構(gòu)，熱穩(wěn)定性較好，具有更加穩(wěn)定和持久的導(dǎo)電性.

1.1.3 氧化劑氧化化學(xué)鍵嫁接聚合法

化學(xué)鍵嫁接法是把聚苯胺通過化學(xué)鍵連接在CNTs的表面. 一般過程是先在CNTs表面嫁接某一基團(tuán)作為活性位點(diǎn)，然后苯胺單體與活性位點(diǎn)反應(yīng)，以化學(xué)鍵的方式連接在CNTs的表面，嫁接在CNTs表面的苯胺單體繼續(xù)鏈增長反應(yīng)，形成PANI包裹的CNTs/PANI復(fù)合材料.

XU等[37]先用濃HNO3和濃H2SO4處理MWNTs得到c-MWNTs，然后與SOCl2在二甲基甲酰胺中回流制備MWNTs-COCl，酰氯化的MWNTs與對(duì)苯二胺在二甲基甲酰胺中于N2保護(hù)下反應(yīng)得到MWNTs-CO-NH-C6H4-NH2(p-MWNTs). 把p-MWNTs溶解在十二烷基苯磺酸(DBSA)溶劑中，滴入苯胺單體，再慢慢滴加APS的水溶液，用微乳聚合法制備了DBSA摻雜的MWNTs/PANI復(fù)合材料. PHILIP等[38]采用相似的方法，把MWNTs-COCl分散在N,N-二甲基乙酰胺中，加入對(duì)苯二胺和吡啶，在N2保護(hù)下反應(yīng)得到p-MWNTs. 然后用1mol/L的HCl為反應(yīng)溶劑，APS為氧化劑制備了HCl摻雜的管狀的MWNTs/PANI復(fù)合材料. XIE等[39]把CNTs-COCl吸附在Fe3O4模板上，再加入苯胺單體得到酰胺基嫁接的CNTs，然后再用APS氧化劑氧化苯胺單體聚合，得到了以Fe3O4為模版的棉花狀的CNTs/PANI.

JEON等[40-41]在聚磷酸(PPA)/五氧化二磷中于130 ℃條件下，用4-氨基苯甲酸處理MWNTs，得到4-氨基苯甲酰功能化的碳納米管(AF-MWNTs). 然后以1mol/L的HCl為溶劑，APS為氧化劑，把苯胺單體嫁接到AF-MWNTs的表面，生成PANI嫁接到AF-MWNTs表面的復(fù)合材料. 此方法制備的MWNTs/PANI的形貌如圖3所示.

圖3 化學(xué)鍵嫁接聚合法制備的MWNTs/PANI的SEM電鏡圖Fig.3 The SEM spectra of MWNTs/PANI synthesized by chemical bonds grafting polymerization

LAFUENTE等[42]通過SWNTs表面嫁接十八胺形成功能化的SWNTs(F-SWNTs),擴(kuò)大SWNTs在有機(jī)溶劑中的分散性，然后通過原位聚合法制備了F-SWNTs/PANI復(fù)合材料，實(shí)驗(yàn)指出：與酸性條件下高溫氧化的SWNTs形成的復(fù)合材料相比，F(xiàn)-SWNTs/PANI的分散性增加，但是導(dǎo)電性偏低，這是由于SWNTs與PANI之間的相互作用不同引起的.

化學(xué)鍵嫁接法通過活性基團(tuán)功能化的CNTs具有更好的分散性和相容性，增加了CNTs與PANI的親和力，與PANI通過物理吸附法包裹在CNTs表面相比，這種方法制備的CNTs/PANI復(fù)合材料更穩(wěn)定.

1.1.4 特殊條件引發(fā)化學(xué)鍵嫁接聚合法

特殊條件引發(fā)聚合法比傳統(tǒng)的聚合方法有很多優(yōu)點(diǎn). 主要的優(yōu)點(diǎn)在于不用添加額外的添加劑，例如氧化劑.

GOPALAN等[43]采用γ-射線引發(fā)聚合法制備了MWNTs/PANI復(fù)合材料. MWNTs先經(jīng)過羧酸化，再用亞硫酰氯在65 ℃回流處理24 h，得到酰氯化的MWNTs-COCl，然后MWNTs-COCl與9,9-雙(4-氨基苯基)芴在60 ℃四氫呋喃中回流24 h，得到功能化的MWNTs-FDA. 用1 mol/L的HCl作為溶劑，CTAB為表面活性劑，在N2保護(hù)下用不同劑量的γ-射線引發(fā)聚合得到MWNTs/PANI復(fù)合材料. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：γ-射線引發(fā)聚合法制備的MWNTs/PANI復(fù)合材料與傳統(tǒng)添加氧化劑法制備的MWNTs/PANI復(fù)合材料相比，前者含有更多的醌環(huán)，并且加入相同量的苯胺單體，前者包裹的PANI更厚.

SHAO等[19，44]采用等離子嫁接技術(shù)制備了PANI包裹的MWNTs. MWNTs先用N2等離子進(jìn)行激活，然后把苯胺單體注射到嫁接反應(yīng)器中，在不斷地?cái)嚢钘l件下于50 ℃反應(yīng)24 h. 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：在基板材料的孔隙中形成線性嫁接的聚合材料，而且是共價(jià)嫁接到基板材料上，并且穩(wěn)定性強(qiáng).

與傳統(tǒng)的添加氧化劑法相比，用特殊條件引發(fā)聚合法制備的復(fù)合材料，CNTs與PANI在分子水平的作用力上有顯著地區(qū)別，所以在電學(xué)、熱力學(xué)方面會(huì)有差異. 形成機(jī)理與性能方面有待進(jìn)一步的研究.

1.2 異位聚合法

異位聚合法是把制備好的PANI與CNTs混合，制備PANI的方法類似于原位聚合法制備CNTs/PANI復(fù)合材料的過程，只是在此過程中不加CNTs. 這種方法是運(yùn)用CNTs與PANI之間的靜電吸附力，是基于導(dǎo)電聚苯胺芳香環(huán)的π鍵與CNTs碳層結(jié)構(gòu)之間的相互吸引.

BAIBARAC等[24]采用2 mol/L的H2SO4作為溶劑，K2Cr2O7作為氧化劑制備了PANI，然后以N-甲基2-吡咯烷酮為溶劑，混合PANI與一定量的SWNTs，通過溶劑蒸發(fā)法制備了SWNTs/PANI膜. SRIVASTAVA等[14]以1 mol/L的HCl為溶劑，APS為氧化劑，首先制備了樟腦磺酸摻雜的PANI，然后在氯仿溶液中混合兩種材料制備了MWNTs/PANI和SWNTs/PANI復(fù)合材料. YAN等[45]把預(yù)冷至0～5 ℃的苯胺單體的甲苯溶液，加入到APS的1 mol/L的HCl溶液中，反應(yīng)在0～5 ℃下進(jìn)行12 h得到PANI. 然后，在pH=2.6的HCl溶液中，把不同質(zhì)量比的c-MWNTs與PANI進(jìn)行混合，得到MWNTs/PANI復(fù)合材料. 經(jīng)過對(duì)c-MWNTs和PANI的ζ點(diǎn)位的分析，在pH=2.6的條件下，c-MWNTs帶有負(fù)電荷，而PANI帶正電荷，所以在此條件下，兩種材料由于靜電吸附作用結(jié)合在一起，TEM如圖4所示.

圖4 TEM(a)氧化的MWNTs，(b)PANI纖維管，(c)4% MWNTs/PANI 復(fù)合物Fig.4 TEM images of (a) oxidized MWNTs, (b) PANI nanofibers and (c) 4% MWNTs-PANI composite

經(jīng)過總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，異位聚合法有其自身的優(yōu)缺點(diǎn). 缺點(diǎn)是：簡單的混合CNTs與PANI形成的復(fù)合材料，只是借助納米材料的吸附性粘合在一起，穩(wěn)定性不如原位聚合法制備的CNTs/PANI復(fù)合材料. 但是，如果控制不同的條件，如酸度，分散劑等，異位聚合法制備的復(fù)合材料在導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、分散性等方面可以有很大提高.

2 復(fù)合物材料的性能與應(yīng)用

CNTs/PANI復(fù)合材料具有良好的熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的電化學(xué)性能和機(jī)械性能等，在傳感器、超級(jí)電容器、醫(yī)學(xué)、吸附分離和微波吸附等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景.

2.1 傳感器方面

HE等[12]制備的PANI包裹的MWNTs對(duì)不同濃度的NH3呈現(xiàn)典型的響應(yīng)-恢復(fù)特性. 此傳感器暴露在NH3環(huán)境中時(shí)迅速達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，并在中斷NH3的供應(yīng)時(shí)返回其基準(zhǔn)線. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，此傳感器在室溫條件下，對(duì)0.2～15 ppm的NH3具有線性響應(yīng)性能. LIAO等[46]制備的SWNTs/PANI，由于復(fù)合材料很大的表面積及載流子遷移率，可以在SWNTs含量很低(1.0%)時(shí)，對(duì)低濃度(100 ppb)的HCl和NH3氣體很靈敏. HU等[47]把D-葡萄糖固定在MWNTs/PANI材料上，MWNTs/PANI不僅作為D-葡萄糖固定材料，更是它有效的電子傳遞媒介，這種材料可用于制備檢測(cè)凝集素和糖類的高靈敏生物傳感器. REZA等[48]通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)證明：c-MWNTs/PANI材料對(duì)多巴胺的氧化有很強(qiáng)的電催化活性，通過計(jì)時(shí)電流法技術(shù)研究這種材料的催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)得出，平均擴(kuò)散系數(shù)為(7.98±0.8)×10-7cm2/s，平均催化速率常數(shù)為(8.33±0.072)×104dm3·mol-1·s-1. 與其他用于多巴胺檢測(cè)的電極相比，用這種材料作為電極制備的多巴胺氧化傳感器不僅穩(wěn)定性好、性能優(yōu)良，而且壽命長.

2.2 超級(jí)電容器方面

PANI有很高的贗電容儲(chǔ)存功能，良好的氧化還原可逆性，但是，在作為電極材料充放電過程中體積變化較大，化學(xué)穩(wěn)定性差，CNTs/PANI復(fù)合材料成為了電容器電極材料的研究熱點(diǎn).

LI等[17]用循環(huán)伏安法對(duì)MWNTs/PANI復(fù)合材料進(jìn)行性能測(cè)試，在掃描速度為5 mV/s條件下，其比容可以高達(dá)262 F/g，比單獨(dú)的MWNTs (65 F/g)和PANI (80 F/g) 高很多. YOON等[49]通過對(duì)比不同氧化態(tài)的PANI與c-MWNTs組成的復(fù)合材料的形貌、電化學(xué)性能等，發(fā)現(xiàn)在掃描速度為5 mV/s條件下，當(dāng)PANI為中間氧化態(tài)(ES)時(shí)與c-MWNTs形成的復(fù)合材料比電容量最大，為328 F/g. ZHANG等[50]制備的毛刺結(jié)構(gòu)的CNTs/PANI復(fù)合材料，在100 mA/g電流密度下,復(fù)合材料比電容量高達(dá)587.1 F/g,比能量為66.1 Wh/kg,電流密度為800 mA/g時(shí)比功率可達(dá)1 014.2 W/kg;在5 A/g的電流密度下,1000次循環(huán)充放電后,復(fù)合材料的比電容量衰減28%. 作為電容器電極材料，具有比容量大，快速響應(yīng)，循環(huán)性能好的特點(diǎn).

2.3 醫(yī)學(xué)方面

由于CNTs具有穿透生物屏障的作用，在轉(zhuǎn)基因載體、藥物載體以及改變聚合酶鏈反應(yīng)中具有有效的作用. CNTs與PANI形成的復(fù)合材料，具有更加優(yōu)越的性能. VALID等[20]研究了SWNTs/PANI復(fù)合材料對(duì)原發(fā)性免疫細(xì)胞的影響. 小鼠脾細(xì)胞和巨噬細(xì)胞在10 mg/L 的SWNTs/SDS或SWNTs/SDS/PANI溶液中培養(yǎng)20～25 h后，對(duì)其生物活性影響不大. 所以此類具有生物相容性的CNTs/PANI復(fù)合材料可以設(shè)計(jì)整合到多電極陣列中，把此儀器植入體內(nèi)與神經(jīng)元連接，重新連接斷開的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò). SPINKS等[21]制備的SWNTs/PANI復(fù)合材料具有很強(qiáng)的抗斷裂強(qiáng)度，由于具有剛度和硬度方面的優(yōu)勢(shì)，可以把該復(fù)合材料用于應(yīng)變擴(kuò)增系統(tǒng)、人造肌肉等方面的開發(fā).

2.4 吸附分離方面

CNTs具有很高的吸附能力，可用于廢水中一般有機(jī)污染物的分離. 但是單獨(dú)的CNTs不易分離回收，循環(huán)利用. SHAO等[19，44]制備的MWNTs/PANI復(fù)合材料可在室溫下用于去除廢水中的苯胺和苯酚以及重金屬鉛，由于PANI與污染物之間存在強(qiáng)烈的共軛效應(yīng)，所以PANI的存在提高了CNTs的吸附能力. 而且可以利用MWNTs/PANI的磁性，把該復(fù)合材料從水溶液中分離回收. YAN等[51]把制備的SWNTs/PANI復(fù)合材料用于離子吸附的電極材料，這種材料有很大的孔表面積，具有很高的離子吸附能力，而且可以循環(huán)利用.

2.5 微波吸收方面

由于CNTs/PANI具有獨(dú)特的電磁學(xué)性能，這種材料可以用于電磁波的吸收，用來屏蔽電磁波的干擾. SAINI等[23]制備的MWNTs/PANI復(fù)合材料可以以吸收為主導(dǎo)屏蔽方式，用于屏蔽12.4～18.0 GHz波段的電磁干擾. DARREN等[52]制備的對(duì)甲苯磺酸摻雜的MWNTs/PANI復(fù)合材料與聚(甲基丙烯酸甲酯)/對(duì)苯二酚形成的熱塑復(fù)合材料，可以用于8～12 GHz波段的微波吸收. TING等[53]制備了MWNTs/PANI復(fù)合材料與環(huán)氧樹脂復(fù)合的微波吸收材料，這種材料可以吸收2～40 GHz波段的微波.

3 發(fā)展前景

CNTs/PANI復(fù)合材料的合成與應(yīng)用一直是材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn). 雖然人們已經(jīng)嘗試了不同的方法制備這種復(fù)合材料，但是通過不同的制備途徑和條件，例如不同氧化劑、溶劑、摻雜劑、酸度、表面活性劑等，可以得到結(jié)構(gòu)和性能上區(qū)別很大的復(fù)合材料，所以CNTs/PANI復(fù)合材料的合成機(jī)理、分子間的微觀作用等都有待詳細(xì)的研究. CNTs/PANI復(fù)合材料在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展還不成熟，需要科研工作者進(jìn)一步研究與開發(fā).

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