[發明專利]多層導電彈性復合材料

在審

• 申請號: 201610121247.8
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN107154282A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 劉遵峰;賈鳳美;呂偉;陳學成;房少立;雷伊鮑曼
• 申請（專利權）人: 江南石墨烯研究院;常州碳宇納米科技有限公司
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;B32B9/00;B32B9/04;B32B33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及可拉神電子學領域，更確切的講，涉及一種多層導電彈性復合材料。

背景技術

近年來，柔性導電材料的發展受到越來越多的關注。具有大形變和電阻穩定的導電彈性材料，是開發高性能可拉伸電路和電子器件的關鍵。然而，大的拉伸形變和保持電阻穩定，是兩個相互矛盾和對立的因素。 剛性材料通常具有優異和穩定的電學性能，但是可拉伸性能差；軟性材料可拉伸性能良好，但是一般來講電學性能極差。

目前可拉伸導電彈性體的制備方法是將納米導電材料與彈性體進行混合，或將導電材料層貼在彈性體表面。在拉伸過程中，導電材料結構變化顯著，導致電阻顯著增加，且拉伸應變范圍很小。因此，開發出具有高電阻穩定性、高拉伸應變的導電彈性體是可拉伸電子學理論研究與器件應用中的迫切需要。

發明內容

本發明提供一種多層導電彈性復合材料的構建思路和制備方法。該復合材料同時具有良好的可拉伸性和導電性，單向拉伸400%的情況下電阻變化小于2%。

上述多層導電彈性復合材料的構建，其構成包含電介質層和導電層，制備方法為導電層和電介質在基底上交替鋪疊組成。為保證復合材料的機械強度和導電性，優選的層數為50-500層。層數太少，可能導致該復合材料導電性能差；層數太多，制作復雜且上層導電層回縮性能變差，影響整個復合材料的均勻性。

本發明所述的多層導電彈性復合材料結構示意圖見說明書附圖1，為電介質與導電層交替鋪疊而成；制備過程請參考說明書附圖2，詳情請見具體實施方式中的實施例說明。

所述電介質層由白油與超軟橡膠以一定比例混合制成，熱熔后經空氣噴涂泵噴涂生成。使用此方法制作的彈性層具有極好的可拉伸性能，最高拉伸系數可達10倍以上，是目前橡膠材質中拉伸倍數最長的材料之一，為多層導電彈性復合材料實現超大形變奠定了基礎，同時也為復合材料的電極層（碳納米管）提供了附著基底。

所述導電層采用單臂碳納米管或者多壁碳納米管，碳納米管本身具有優異的力學性能以及輕的質量，使得該彈性導電復合材料具有強韌的結構。

所述多層導電彈性復合材料采用“表面覆蓋”方法，將高取向碳納米管薄膜均勻覆蓋在大形變預拉伸的彈性層表面，碳納米管取向平行于彈性層拉伸方向，形成層疊構造；釋放該層疊結構，預拉的伸彈性纖維壓縮碳納米管薄膜，形成多級褶皺結構，參考說明書附圖1收縮狀態下示意圖，再加上碳納米管優良的力學性能，具有可反復拉伸、可反復扭曲、可反復折彎不易損壞的特點。

目前彈性導電體應變范圍只有30%左右，本發明所提供的多層導電彈性復合材料應變范圍可達到400%，而且電阻在拉伸過程中變化率小于2%，而且反復使用2000次以上，性能衰減仍小于5%，真正實現超大形變且性能穩定的導電彈性復合材料。

附圖說明

圖1，多層導電彈性復合材料的結構示意圖，（1）為拉伸狀態下，（2）為收縮狀態下。

圖2，多層導電彈性復合材料的制備過程示意圖。

圖3，相同厚度不同層數下單位長度的復合材料電阻與拉伸長度的關系。

圖4，相同層數不同厚度的樣品截面掃描電鏡圖，層數為100層，其中圖a、b、c、d對應的內層厚度分別為5微米、8微米、20微米、36微米。

圖5，導電彈性復合材料彎曲、扭轉、按壓過程中電阻變化曲線圖，其中圖a為彎曲情況下電阻變化曲線，橫坐標為彎曲直徑；圖b為旋轉扭曲情況下電阻變化曲線，橫坐標為單位厘米扭曲圈數；圖c為按壓過程中電阻變化曲線，橫坐標為按壓時符合材料應變幅度。

圖6，對導電彈性復合材料反復拉伸、彎曲1000次之后，再次測量彎曲、扭轉、按壓過程中電阻變化曲線圖，其中圖a為彎曲情況下電阻變化曲線，橫坐標為彎曲直徑；圖b為旋轉扭曲情況下電阻變化曲線，橫坐標為單位厘米扭曲圈數；圖c為按壓過程中電阻變化曲線，橫坐標為按壓時符合材料應變幅度。

圖7，a相同層數不同厚度單位長度電阻與拉伸長度變化曲線圖； b相同層數不同厚度電阻與拉伸長度變化曲線圖；c 電導率與內層橡膠厚度變化曲線圖。

圖8，實施例最終得到的樣品實物圖。

具體實施方式

下面參照說明書附圖2對本發明的實施方式進行詳細說明。

本發明所述多層導電彈性復合材料由導電層和電介質層在基底上交替鋪疊組成。詳細步驟如下：