[發明專利]一種可自修復導電涂層的制備方法

無效

• 申請號: 201210140513.3
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102632026A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 孫俊奇;李洋
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B05D1/38
• 分類號: B05D1/38;B05D1/18;B05D1/02;B05D3/10;C09D133/02;C09D105/08;C09D125/18;C09D139/02;C09D5/24
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于自修復涂層的制備技術領域，特別涉及一種在玻璃、石英、塑料等任意形狀基底上制備具有自修復能力的導電涂層的方法。

背景技術

在實際使用過程中，人造材料的表面或內部會由于老化或超過使用負荷等原因出現微小的裂痕，而這些裂痕會隨著使用時間的延長逐漸擴大，最終導致整個材料的損壞。在電子儀器中，這一現象是致命的。由于超時使用或受到外力撞擊而在導線或電子元件中產生的裂痕會導致電路斷路或元件失效，最終導致整個電子儀器無法正常工作。通常，維修由裂痕的產生而失效的電子元件幾乎是不可能的，唯一的解決辦法就是進行更換甚至有時需要更換整個電路板，導致高昂的維修成本。如今人造材料在受到損傷后能夠自發的或者在一定的外界刺激下恢復其機械性能及功能已經不再只局限于電影、小說等幻想世界里，經過不斷的努力，科學家們已經成功地將生物界普遍的自修復功能引入到了人造材料中。從最初的利用膠囊裝載修復劑到利用可逆的共價鍵或氫鍵，無數充滿創造性的設計思路被用來制備自修復材料。將自修復功能引入到人造材料中，可以有效的降低原材料的消耗、維護成本和材料的使用可靠性。到目前為止，自修復功能已經成功的引入到了超疏水和抗腐蝕涂層當中，使得它們的功能能夠在受到損傷后快速的恢復。然而，對于制備具有高電導率的自修復材料的研究，雖然它的重要性不言自明但是卻仍處于起步階段。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單、方便的制備具有高導電能力的自修復涂層。該涂層能在外界的刺激下快速的修復受損的導電能力。本發明具有雙層結構，由具有在外界刺激下修復傷口能力的聚合物涂層和具有高導電性的金屬材料層組成。本發明方法不受基底大小、形狀限制，對平面、曲面和不規則表面的基底均適用。所制備的導電涂層具有良好的柔韌性和導電性，且在溶劑的激發下可以自發的修復表面的劃痕以及因而受損的導電性能。修復過程迅速，恢復效果可達95％以上，并且可以多次重復。我們制備的導電性自修復涂層具有許多潛在的應用，例如應用到導線、電路等方面增加電子器件的使用穩定性。

本發明制備方法的步驟如下：

基底的處理：本發明使用的典型的基底為硅片、石英和塑料片。對于硅片和石英基底，首先，將基底依次用幾種極性不同的溶劑按溶劑的極性從小到大進行清洗，如依次用甲苯、丙酮、氯仿、乙醇和蒸餾水進行清洗；然后，再經體積比為3∶7的H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液處理即可以使基底的表面帶有一層硅羥基；對于塑料片基底，利用乙醇和水交替沖洗去掉表面的油脂；

1．涂層溶液的制備：將兩種帶有負電荷的聚電解質溶于水中形成復合物溶液，該復合物溶液中兩種帶負電荷的聚電解質的濃度分別為1.0～10.0mg/mL；再將陽離子聚合物溶于去離子水中，制備成濃度為1.0～10.0mg/mL的溶液；

2．聚合物涂層的制備：將處理過的基底交替浸泡在步驟1所制備的兩種溶液中各3～20分鐘，每次浸泡后將基底取出并用去離子水沖洗，從而完成一個周期的層層組裝膜的制備；重復上述過程，從而在基底上利用層層組裝技術制備得到具有能夠在外界條件的刺激下修復表面劃痕的聚合物涂層，該涂層的厚度為10～100μm。

3．導電層的制備：將分散有金屬納米線的乙醇溶液（濃度為1～20mg/mL）通過噴涂的方法沉積到步驟2制備的聚合物涂層表面，噴涂量為1～60mL/cm²，溶劑揮發后金屬納米線相互纏結形成厚度在0.1～10μm之間的導電層，與其下面的聚合物涂層結合在一起形成在外界刺激條件下具有自修復功能的導電涂層。通過控制金屬納米線的沉積量可以對自修復導電涂層的透過率和導電性進行調控。

本發明所述的帶有負電荷的聚電解質為聚丙烯酸（分子量100000～800000）、透明質酸鈉（分子量400000～1000000）或聚苯乙烯磺酸鈉（分子量50000～100000）等；

本發明所用的陽離子聚合物為聚二甲基二丙烯基胺鹽酸鹽、聚丙烯胺或聚乙烯亞胺；

本發明所需外界刺激條件為在受損的導電涂層表面滴加甲苯、正己烷、去離子水等常見溶劑；

本發明所用金屬納米線為金、銀或銅納米線，直徑在20～500nm，長度在5～60μm之間。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

1．工藝簡單，原料易得，成本低；

2.所的涂層導電性高；

3.修復所需要的條件簡單；

4.自修復速度快，修復效果達95％以上。