Способ получения электропроводящего композита на основе полианилина и наноразмерной серы

Авторы патента:

Массалимов Исмаил Александрович (RU)

Андриянова Анастасия Николаевна (RU)

H01B1/06 - Кабели; проводники; изоляторы; выбор материалов для получения требуемых характеристик электрической проводимости, изоляции и диэлектрической постоянной (выбор материалов для получения магнитных свойств H01F 1/00; волноводы H01P; прокладка кабелей и проводка линий электропередачи или объединенных электрических и оптических кабелей или линий электропередачи H02G)

B82Y40/00 - Нанотехнология

B82B3/00 - Изготовление или обработка наноструктур

Владельцы патента RU 2762741:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к электроактивным полимерным материалам на основе полианилина и наноразмерной серы, применяющихся в качестве проводящих соединений с приемлемыми технологическими свойствами. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса получения электроактивного полимерного материала на основе полианилина и наноразмерной серы, улучшение технологических характеристик полимерного композита при использовании в качестве катодного материала в Li-S аккумуляторах. Технический результат достигается заявляемым способом получения электропроводящего композита на основе полианилина и наноразмерной серы, который образуется путем добавления полисульфидов металлов в солянокислый раствор анилина при мольном соотношении образовавшихся частиц наноразмерной серы и анилина равном 1:1-10 с последующим перемешиванием в течение 30 минут и медленным добавлением в реакционную смесь солянокислого раствора персульфата аммония с выдержкой окислительной полимеризации в течение 24 часов при комнатной температуре. Выпавший осадок фильтруют и сушат при 40°С в течение 3 часов. 1 з.п. ф-лы, 7 пр.

Электроактивные полимерные материалы на основе полианилина и наноразмерной серы, обладающие проводящими свойствами, широко используются для создания Li-S аккумуляторов. Среди множества известных электропроводящих высокомолекулярных соединений наиболее востребован полианилин благодаря наличию широкого спектра свойств.

Известен способ получения композита на основе полианилина и серы путем механического смешения и нагревания смеси до 300°С (Yin L. et al. // Chemical Communications. - 2012. - Т. 48. - №. 63. - С. 7868-7870.). Основным недостатком данного метода является низкая взаимосвязь между полимером и субстратом, что достигается путем in situ синтеза композитов.

Наиболее близким является способ получения композита на основе полианилина и серы (Zhou W. et al. //Journal of the American chemical society. - 2013. - T. 135. - №. 44. - C. 16736-16743). Известный способ осуществляют следующим образом: Na₂S₂O₃ (2.37 г) в 50 мл воды медленно приливали в раствор серной кислоты (500 мл, 3 мМ), содержащий 1% (по весовому соотношению) поливинилпирролидона (PVP, M_m~40,000). Раствор перемешивали в течение 2 часов при комнатной температуре, затем фильтровали для выделения частиц серы. Полученную серу повторно диспергировали в 300 мл водного раствора PVP (1%). В данную эмульсию добавляли 200 мг анилина и 10 мл серной кислоты (1М). Затем по каплям приливали раствор персульфата аммония (0.5 г), растворенного в 30 мл воды. Реакционную смесь перемешивали в течение 24 часов при температуре 0-5°С, после чего полученный полимерный композит центрифугировали и сушили в вакууме 24 часа.

Такое получение проводящего полианилина с высоким выходом требует больших временных затрат и проведения многочисленных этапов выделения и сушки промежуточных соединений, что является одним из недостатков, для устранения которого необходимо разработать способ синтеза электроактивного полимерного материала на основе полианилина и серы с учетом выявленных недостатков. Также предлагаемый метод синтеза позволяет получить композитный материал на основе наноразмерной серы, что будет способствовать улучшению технологических характеристик полимерного композита при использовании в качестве катодного материала в Li-S аккумуляторах.

Задачей настоящего изобретения является упрощение процесса получения электроактивного полимерного материала на основе полианилина и наноразмерной серы.

Поставленная задача решается заявляемым способом получения электропроводящего композита на основе полианилина и наноразмерной серы, который образуется путем добавления полисульфидов металлов в солянокислый раствор анилина при мольном соотношении образовавшихся частиц наноразмерной серы и анилина равном 1:1-10 с последующим перемешиванием в течение 30 минут и медленным добавлением в реакционную смесь солянокислого раствора персульфата аммония с выдержкой окислительной полимеризации в течение 24 часов при комнатной температуре. Выпавший осадок фильтруют и сушат при 40°С в течение 3 часов.

В результате получают композитный материал на основе полианилина и наноразмерной серы с выходом 85-95%.

В качестве полисульфидов металлов используют полисульфид кальция или полисульфид лития.

Суть изобретения иллюстрируется следующими примерами

Пример 1 (контрольный). Полианилин синтезируют методом окислительной полимеризации анилина персульфатом аммония в кислом растворе. Для этого предварительно готовят солянокислые растворы 1 мл анилина в 100 мл 0.2 М HCl и 2.28 г персульфата аммония в 100 мл 0.2 М HCl. Затем медленно, при комнатной температуре, приливают раствор персульфата аммония к раствору анилина при непрерывном перемешивании. Реакция протекает при комнатной температуре в течение 24 часов и постоянном перемешивании. Побочные продукты реакции удаляют путем многократного промывания осадка раствором 0.2 М HCl. Отфильтрованный полимер сушат в течение 3 часов при температуре 40°С.

Пример 2. По условиям примера 1 в солянокислый раствор анилина добавляют раствор полисульфида кальция при мольном соотношении образовавшихся частиц наноразмерной серы и анилина равном 1:1, при этом раствор сразу же мутнеет, вследствие выпадения частиц наноразмерной серы. Затем, через 30 мин, к раствору медленно, при комнатной температуре, приливают раствор персульфата аммония. Реакция протекает в течение 24 часов при непрерывном перемешивании. Побочные продукты реакции удаляют путем многократного промывания осадка раствором 0.2 М HCl. Отфильтрованный полимер сушат в течение 3 часов при температуре 40°С.

Пример 3. По условиям примера 2 в солянокислый раствор анилина добавляют раствор полисульфида кальция при мольном соотношении образовавшихся частиц наноразмерной серы и анилина равном 1:10, при этом раствор сразу же мутнеет, вследствие выпадения частиц наноразмерной серы. Затем, через 30 мин, к раствору медленно, при комнатной температуре, приливают раствор персульфата аммония. Реакция протекает в течение 24 часов при непрерывном перемешивании. Побочные продукты реакции удаляют путем многократного промывания осадка раствором 0.2 М HCl. Отфильтрованный полимер сушат в течение 3 часов при температуре 40°С.

Пример 4. По условиям примера 2 в солянокислый раствор анилина добавляют раствор полисульфида кальция при мольном соотношении образовавшихся частиц наноразмерной серы и анилина равном 1:5, при этом раствор сразу же мутнеет, вследствие выпадения частиц наноразмерной серы. Затем, через 30 мин, к раствору медленно, при комнатной температуре, приливают раствор персульфата аммония. Реакция протекает в течение 24 часов при непрерывном перемешивании. Побочные продукты реакции удаляют путем многократного промывания осадка раствором 0.2 М HCl. Отфильтрованный полимер сушат в течение 3 часов при температуре 40°С.

Пример 5. По условиям примера 1 в солянокислый раствор анилина добавляют раствор полисульфида лития при мольном соотношении образовавшихся частиц наноразмерной серы и анилина равном 1:1, при этом раствор сразу же мутнеет, вследствие выпадения частиц наноразмерной серы. Затем, через 30 мин, к раствору медленно, при комнатной температуре, приливают раствор персульфата аммония. Реакция протекает в течение 24 часов при непрерывном перемешивании. Побочные продукты реакции удаляют путем многократного промывания осадка раствором 0.2 М HCl. Отфильтрованный полимер сушат в течение 3 часов при температуре 40°С.

Пример 6. По условиям примера 5 в солянокислый раствор анилина добавляют раствор полисульфида лития при мольном соотношении образовавшихся частиц наноразмерной серы и анилина равном 1:10, при этом раствор сразу же мутнеет, вследствие выпадения частиц наноразмерной серы. Затем, через 30 мин, к раствору медленно, при комнатной температуре, приливают раствор персульфата аммония. Реакция протекает в течение 24 часов при непрерывном перемешивании. Побочные продукты реакции удаляют путем многократного промывания осадка раствором 0.2 М HCl. Отфильтрованный полимер сушат в течение 3 часов при температуре 40°С.

Пример 7. По условиям примера 4 в солянокислый раствор анилина добавляют раствор полисульфида лития при мольном соотношении образовавшихся частиц наноразмерной серы и анилина равном 1:5, при этом раствор сразу же мутнеет, вследствие выпадения частиц наноразмерной серы. Затем, через 30 мин, к раствору медленно, при комнатной температуре, приливают раствор персульфата аммония. Реакция протекает в течение 24 часов при непрерывном перемешивании. Побочные продукты реакции удаляют путем многократного промывания осадка раствором 0.2 М HCl. Отфильтрованный полимер сушат в течение 3 часов при температуре 40°С.

Способ синтеза по методам, указанным в примерах 2-7, отличается тем, что частицы наноразмерной образуются непосредственно в реакционной смеси.

При условии отклонения от заявленных параметров способа получения электропроводящего композита на основе полианилина и наноразмерной серы:

- в случае изменения мольного соотношения в сторону большего содержания частиц наноразмерной серы, чем при соотношении образовавшихся частиц наноразмерной серы и анилина равном 1:1 наблюдается избыток частиц наноразмерной серы, который ведет к ухудшению физико-химических свойств катодного материала;

- в случае изменения мольного соотношения в сторону меньшего содержания частиц наноразмерной серы, чем при соотношении образовавшихся частиц наноразмерной серы и анилина равном 1:10 происходит снижение эффективного содержания частиц наноразмерной серы в композите, пригодного для использования в качестве катодного материала.

Основное преимущество данного способа синтеза заключается в том, что получение проводящего полианилина с высоким выходом не требует больших временных затрат и проведения многочисленных этапов выделения и сушки промежуточных соединений. Также предлагаемый способ получения позволяет синтезировать композитный материал на основе наноразмерной серы, что будет способствовать улучшению технологических характеристик полимерного композита при использовании в качестве катодного материала в Li-S аккумуляторах.

1. Способ получения электропроводящего композита на основе полианилина и наноразмерной серы, который образуется путем добавления полисульфидов металлов в солянокислый раствор анилина при мольном соотношении образовавшихся частиц наноразмерной серы и анилина равном 1:1-10 с последующим перемешиванием в течение 30 минут и медленным добавлением солянокислого раствора персульфата аммония с выдержкой окислительной полимеризации в течение 24 часов при комнатной температуре, далее выпавший осадок фильтруют и сушат при 40°С в течение 3 часов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полисульфидов металлов используют полисульфид кальция или полисульфид лития.

Изобретение относится к толстопленочной микроэлектронике, а именно к технологиям, используемым при производстве солнечных элементов на основе гетероперехода. Технический результат - обеспечение максимальных значений электропараметров солнечных элементов при существенном повышении производительности их изготовления.

Способ получения растворимых электроактивных монозамещенных полианилинов // 2760263

Изобретение может быть использовано для получения компонентов антикоррозионного покрытия. Предложен способ получения производных полианилина на основе смеси двух мономеров, имеющих общую формулу .Смесь мономеров получают путем добавления 2-хлор-3-пентена к раствору анилина с последующим нагреванием.

Кабель силовой с экструдированными токопроводящими жилами (варианты) и способ его производства // 2760026

Группа изобретений относится к кабельной технике, а именно к способу изготовления и конструкциям кабелей силовых с экструдированными токопроводящими жилами, покрытыми слоем изоляции, и оболочкой, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электротехнических установках при переменном напряжении до 1000 В и частотой до 100 Гц.

Способ получения электропроводящего полиуретанового композиционного материала и материал // 2756754

Настоящее изобретение относится к электропроводящему полиуретановому композиционному материалу и к способу его получения и может быть использовано при изготовлении изделий и покрытий из полиуретановых композиционных материалов с требуемой электропроводностью. Способ получения электропроводящего полиуретанового композиционного материала путем взаимодействия органических полиизоцианатов (А) с одним или несколькими соединениями, содержащими реакционноспособные по NCO группы, (В) включает в себя стадию смешения концентрата углеродных нанотрубок с соединениями (B) или с полиизоцианатами (A) или со смесью, содержащей органические полиизоцианаты (А) и соединения (В), при вложенной энергии менее 0,5 кВт⋅ч на 1 кг смеси, при содержании углеродных нанотрубок в расчете на сумму масс (А) и (В) менее 0,1 масс.%.

Способ изготовления свечей зажигания с иридиевыми контактами бокового электрода // 2752015

Способ изготовления свечей зажигания с цилиндрическими иридиевыми контактами бокового электрода заключается в том, что в кольцевом боковом электроде в зоне рабочего торца свечи выполняют радиальные отверстия, устанавливают в них соответствующего диаметра цилиндрические иридиевые контакты с выступанием за пределы кольцевого бокового электрода в направлении центрального электрода, припоем закрепляют цилиндрические иридиевые контакты в радиальных отверстиях и заполняют им образованные в радиальных отверстиях полости, до пайки внутренние поверхности радиальных отверстий и торцы цилиндрических иридиевых контактов, расположенные внутри радиальных отверстий, покрывают никелевым порошком дисперсностью не более 50 мкм, а после пайки внутренний торец бокового электрода свечи выполняют конической формы, при этом запрессованную часть цилиндрических иридиевых контактов механически обрабатывают заподлицо с конической поверхностью внутреннего торца бокового электрода на глубину, не превышающую половину диаметра цилиндрических иридиевых контактов.

Антенна со связанными между собой ферромагнитными стержнями с катушками // 2746718

Объектом изобретения является ферритовая антенна, содержащая по меньшей мере один главный контур, содержащий по меньшей мере одну первую катушку, называемую главной катушкой (1), по меньшей мере один первый ферромагнитный стержень, называемый главным ферромагнитным стержнем (4), и систему (3) настройки, при этом каждая главная катушка (1) намотана вокруг главного ферромагнитного стержня (4) и соединена с системой (3) настройки, содержащей конденсатор, параллельно соединенный с главной катушкой (1).

Полимерная токопроводящая паста для солнечных элементов с гетеропереходами // 2746270

Изобретение относится к толстопленочной микроэлектронике. Полимерная токопроводящая паста для солнечных элементов с гетеропереходами включает порошок серебра, органическое связующее, содержащее в составе растворителя структурообразующий компонент, и функциональную добавку, причем в составе в качестве структурообразующего компонента используется галогенсодержащий полимер с температурой размягчения ниже 200°С, а в качестве функциональной добавки используется полимерное кремнийорганическое соединение с числом силоксановых звеньев менее 3000, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: порошок серебра - 80-95; органическое связующее - 4-18; функциональная добавка - 0,1-2,0.

Электропроводящий материал для нанесения под непроводящим гидроизоляционным слоем // 2743083

Изобретение относится к электропроводящим материалам, применяемым для обнаружения течи. Для проверки водонепроницаемости крыш и других не допускающих течи конструкций особенно подходят проводящие многослойные материалы.

Алюминиевые проводники // 2742951

Изобретение относится к воздушной высоковольтной линии, включающей проводник на основе алюминиевого сплава. Алюминиевый сплав содержит один или несколько элементов 3, 4 или 5 группы и необязательно лантанид, каждый из них с концентрацией в диапазоне от 0,006 до 0,030% (по массе), предпочтительно в диапазоне от 0,006 до 0,027% (по массе), например, в диапазоне от 0,008 до 0,025% (по массе), и при этом проводник подвергнут термической обработке в диапазоне температур 185-315°C в течение времени в диапазоне 12-24 часа, так что проводник имеет проводимость около 61% IACS или более.

Способ изготовления электроконтактного провода из термоупрочняемого сплава на основе меди (варианты) // 2741873

Изобретение относится к способам получения провода контактного для электрифицированных железных дорог из термоупрочняемых медных сплавов. Способ изготовления провода контактного из термоупрочняемого сплава на основе меди включает подачу сплава в кристаллизатор, кристаллизацию сплава в виде непрерывнолитой заготовки, деформацию упомянутой заготовки на катанку, закалку, формирование провода контактного с фасонным профилем при последовательном комбинировании в одной операции равноканального углового прессования по схеме Конформ и прессования профиля провода при температуре не выше 500°С, старение при 400-500°С, при этом деформацию на катанку проводят в непрерывном цикле сначала прокаткой со снижением температуры до 300°С и последующим многостадийным знакопеременным изгибом в роликах при температуре 300-400°С с суммарной накопленной степенью деформации поверхностных слоев катанки е≥2.

Состав и способ изготовления деэмульгатора на основе минералов природного происхождения для процесса разделения водонефтяной эмульсии // 2762513

Изобретение касается твердофазного деэмульгатора для процесса разделения водонефтяной эмульсии методом термохимического отстаивания, включающего в себя пепельные структуры нефти и поваренной соли, полученные в результате их перемешивания в равном массовом количестве, термообработки при 1000°С, и активирующую добавку – наночастицы марганца, в количестве 10% от массы полученной пепельной структуры.