[發明專利]一種高彈性導電膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611205387.X
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106653158B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 黎俊;何志超;郝健;胡楨;劉麗;黃玉東
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B13/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張金珠

本發明公開了一種高彈性導電膜材料及其制備方法，屬于彈性導電材料領域。本發明要解決傳統的彈性導電材料隨著拉伸應力的增加，導電性能急劇下降的技術問題。本發明導電膜材料主要是由帶電聚合物溶液和納米導電溶液通過LBL沉積法制成的。本發明方法：一、將彈性分子材料插入帶電聚合物溶液中，保持1～300分鐘，用去離子水洗凈，冷風吹干；二、然后拉伸，插入納米導電溶液，保持1～300分鐘，用去離子水洗凈，冷風吹干，回復到自由狀態；三、重復步驟一至二的操作至少3次；四、用乙醇漂洗后干燥，分離基膜，即得到高彈性導電膜材料。本發明的彈性導電材料可廣泛應用于可穿戴電子設備、仿生材料、柔性顯示系統、醫學技術及材料等。

技術領域

本發明屬于彈性導電材料領域，具體涉及了一種大形變下導電性能保持優異的彈性導電材料的制備方法。

背景技術

彈性導電材料最近吸引了學術界和工業界很大的興趣。近年來，電子設備逐漸向著便攜式和智能化方向發展，而集可伸縮性與導電性能為一體的導電彈性材料由于具有良好的柔韌性，能夠覆蓋于活動和彎曲的表面等優點，已成為高性能電子器件發展的趨勢，其在大面積壓力傳感器、探測器等領域表現出重要的應用價值。根據人體工程學、電子學原理，將彈性導電材料與柔性紡織材料相結合，開發可應用于監測人體生理信號的智能醫療保健、健康監測材料，對于提高人類壽命、保障人體安全具有重要意義。這種新的導體在很多領域都有很大的應用潛力，如機器人設備的可伸縮皮膚、功能性衣服的可穿戴電子設備、可伸縮性傳感器以及柔性的電子顯示設備。彈性導電材料也稱為可伸縮性導體，是一種在拉伸、彎曲等形變下依然具有導電性的一類材料。目前，制備彈性導電材料的方法主要有兩種，一種是導電材料與彈性體的機械混合，另一種是導電材料在彈性體表面形成一層導電薄膜。第二種方法制得的彈性導電材料在性能上要優于第一種。然而，兩種材料由于使用過程中材料變形導致導電通路部分斷開使拉伸性能和導電性能很難相結合。尤其是當材料的形變超過初始很多倍時，電阻會急劇上升，這極大地限制了彈性導體的應用。

公開號為CN103073891A的專利中公布了預先制備石墨烯-CNT碳氣凝膠導電骨架的方法，能克服傳統擠出、熔融共混等工藝制備石墨烯-CNT-聚合物復合材料引起的納米碳材料在基體中團聚、分散不均等問題，制得的柔性導電復合材料在一定應力多次循環作用之下電導率基本維持不變，但是形變過大時，對電導率影響很大，同時昂貴的石墨烯限制了材料的工業化生產。

公開號為CN1206372A的專利中公布了一種以層狀組合物的形式得到的彈性導電復合材料，所述組合物包括：具有外表面的襯底，其中該襯底由非導電彈性材料組成；接合至襯底外表面上的第一層，其中第一層由非導電彈性材料組成；和接合至第一層外表面上的第二層，其中第二層由非導電彈性材料組成，在該彈性材料中分散有一些導電的片狀粉末。第二層也可由分散在非導電彈性材料中的一些圓形或鋸齒狀的導電顆粒組成，以致使一些導電顆粒沿第二層的外表面分布。另外，還可將一些圓形或鋸齒狀的導電顆粒埋在第二層的外表面中。這種復合材料在拉伸率不是很大的時候能保持一定的性能穩定性，但當拉伸率很大時，電阻會急劇升高。

發明內容

本發明要解決現有方法獲得彈性導電材料在大形變下電阻增加的問題，而提供一種新的大形變下導電性能優異的彈性導電材料的制備方法。

本發明中的一種高彈性導電膜材料主要是由帶電聚合物溶液和納米導電溶液通過 LBL沉積法制成的，以彈性分子材料為基膜，自由狀態下通過靜電吸附作用自組裝聚合物膜，拉伸狀態下通過靜電吸附作用納米導電粒子自組裝在拉伸的聚合物膜的三維網格上。

本發明的一種高彈性導電膜材料的制備方法是由下述步驟完成的：

步驟一、將彈性分子材料插入帶電聚合物溶液中，保持1～300分鐘，用去離子水洗凈，冷風吹干；

步驟二、然后拉伸，插入納米導電溶液，保持1～300分鐘，用去離子水洗凈，冷風吹干，回復到自由狀態；

步驟三、重復步驟一至二的操作至少3次；