Нанофиберное засевание для управления морфологией проводящих полимеров

Введение

Химический процесс
Затравка нановолокнами – это процесс управления объемной морфологией химически синтезированных проводящих полимеров. Обычно каталитическое количество затравки нановолокнами добавляется перед началом полимеризации с затравкой нановолокнами (реакции), где затравка служит «агентом, направляющим морфологию», а не традиционными шаблонами (см. методы жесткого или мягкого шаблонирования).

Описание

Новый синтетический подход, названный засеванием нановолокнами, был разработан для контроля объемной морфологии химически синтезированных электронных органических полимеров. Большие количества нановолокн проводящих полимеров, таких как полианилин, могут быть синтезированы за один этап без необходимости использования традиционных шаблонов, поверхностно-активных веществ, полимеров или органических растворителей. Традиционные подходы к оксидативной полимеризации наноструктурированных проводящих полимеров включают использование жестких шаблонов, таких как цеолиты, опалы и мембраны с контролируемым размером пор, или мягких шаблонов, таких как полимеры и поверхностно-активные вещества. Также был описан подход "без шаблона", в котором использование крупных органических анионов приводит к образованию полианилинных нановолокн и нанотрубок со средним диаметром в диапазоне 650–80 нм. Стандартный синтез полианилина дает гранулярную морфологию. Однако, если в обычную реакцию добавить 1–4 мг (затравки) предварительно синтезированных полианилинных нановолокн (затравки нановолокнами могут быть получены методом межфазной полимеризации), объемная морфология резко меняется от гранулярной до нанофибриллярной. Кроме того, наблюдалось увеличение емкости в полианилинных нановолокнах, синтезированных методом засевания нановолокнами. Окислительную полимеризацию также можно инициировать другими наноструктурными материалами, такими как нановолокна пентоксида ванадия, где нановолокна V2O5 (i) быстро инициируют рост фибриллярного полимера, (ii) медленно растворяются в водном 1,0 M HCl, что устраняет этапы удаления шаблона. Следовательно, требуется только каталитическое количество (4 мг) нановолокн V2O5 перед началом полимеризации, что значительно изменяет объемную морфологию полимерного осадка. Кроме того, одностенные углеродные нанотрубки и нанофиброзный гексапептид также могут использоваться в качестве затравки для шаблонирования. Этот метод может быть расширен на все основные классы проводящих полимеров, включая полипиррол, PEDOT и другие политиофены и т.д. Засевание нановолокнами – это удобный подход для получения тонких, закрепленных на подложке, прозрачных пленок из нановолокн проводящих полимеров без необходимости проведения каких-либо этапов массовой обработки.

A new synthetic approach, called nanofiber seeding, was developed to control the bulk morphology of chemically synthesized electronic organic polymers. Bulk quantities of nanofibers of conducting polymers such as polyaniline, can be synthesized in one step without the need for conventional templates, surfactants, polymers, or organic solvents. Conventional oxidative polymerization approaches to nanostructured conducting polymers include the use of hard template zeolites, opals, and controlled pore size membranes, or soft template such as polymers and surfactants. A “template free” approach has also been described in which the use of large organic anions results in polyaniline nanofibers and nanotubes having average diameters in the 650 80 nm range. Standard synthesis of polyaniline yields granular morphology. However, if the conventional reaction is seeded by 1 4 mg (seed quantities) of added pre synthesized polyaniline nanofibers, (nanofiber seeds could be prepared from interfacial polymerization) the bulk morphology changes dramatically from granular to nano fibrillar. Furthermore, increased capacitance values were observed in polyaniline nanofibers synthesized by the nanofiber seeding approach. Oxidative polymerization can be also seeded by other nanostructure materials such as vanadium pentoxide nanofibers, where V2O5 nanofibers (i) Rapidly initiate fibrillar polymer growth (ii) Slowly dissolve in aq. 1.0 M HCl, which eliminates template removal steps. Hence only catalytic amounts (4mg) V2O5 nanofibers are needed prior to onset of polymerization, which significantly change the bulk morphology of the polymer precipitate. Moreover, single walled carbon nanotube and nano fibrous hexapeptide can be also used as templating seeds. This method can be extended to all major classes of conducting polymers, including polypyrrole, PEDOT and other polythiophenes etc. Nanofiber seeding is a convenient approach to obtain thin, substrate supported, transparent films of nanofibers of conducting polymers without requiring any bulk processing steps.