[發(fā)明專(zhuān)利]含碳納米管和納米銀的柔性復(fù)合聚合物薄膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910055431.0
• 申請(qǐng)日: 2019-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109659071B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳振;趙琦;楊勁光
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華碳研發(fā)（深圳）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01B5/16
• 分類(lèi)號(hào): H01B5/16;H01B1/24;H01B1/22;H01B13/00
• 代理公司: 廣州市智遠(yuǎn)創(chuàng)達(dá)專(zhuān)利代理有限公司 44619
• 代理人: 李麗麗

一種含碳納米管和納米銀的柔性復(fù)合聚合物薄膜，制備原料包括：碳納米管、銀納米粒子、離子液體、納米銀線(xiàn)和聚偏二氟乙烯，其中，一維碳納米管在苯修飾的銀納米粒子(AgNP)，離子液體(IL)和納米銀線(xiàn)(AgNF)之間有效地分散，并形成連續(xù)的三維互穿導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，所述互穿導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)負(fù)載于聚偏二氟乙烯(PVDF)基體材料中形成可拉伸的高導(dǎo)電柔性復(fù)合聚合物薄膜。所制備的柔性復(fù)合聚合物薄膜的電導(dǎo)率為：1500?2000S/cm。本發(fā)明還提供了含碳納米管和納米銀的柔性復(fù)合聚合物薄膜的制備方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)電的柔性薄膜材料領(lǐng)域，特別涉及一種含碳納米管和納米銀的高導(dǎo)電柔性復(fù)合聚合物薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

伴隨著人工智能領(lǐng)域的飛速發(fā)展，彎曲顯示屏、可穿戴設(shè)備、仿生電子皮膚、多功能傳感器以及軟體機(jī)器人等新一代電子器件對(duì)導(dǎo)電材料領(lǐng)域提出了可彎曲、可打印、可拉伸等方面的性能要求。

正是在這一背景下，研發(fā)高導(dǎo)電，可拉伸的柔性薄膜材料引起了廣泛的研發(fā)興趣。目前制備這類(lèi)材料的常用手段是在彈性聚合物薄膜中混合一定比例的金屬納米導(dǎo)體或者一維碳納米管，因?yàn)榇瞬呗约骖櫫擞袡C(jī)彈性體受拉伸可形變的特性，以及無(wú)機(jī)納米導(dǎo)體的高電導(dǎo)性。但現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題是，通過(guò)簡(jiǎn)單的混合所制備的柔性復(fù)合薄膜往往在被拉伸后其導(dǎo)電率明顯降低。這主要是由于無(wú)機(jī)納米導(dǎo)體在聚合物材料里相容性低，分散性差等因素導(dǎo)致形成了不連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)造成的。

具體來(lái)說(shuō)是，碳納米管由于管間的范德華力很強(qiáng)，在聚合物薄膜中更容易發(fā)生自聚效應(yīng)，無(wú)法形成即便是在拉伸狀態(tài)下也能保持連續(xù)的導(dǎo)電通路。因此，解決碳納米管在彈性薄膜中均勻分散是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)難題。另一方面，從材料的性能和制作成本等角度考慮，僅添加碳納米管來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合薄膜的高電導(dǎo)性往往是不足的。雖然進(jìn)一步添加金屬納米導(dǎo)體可以顯著提高薄膜材料的電學(xué)性能，但對(duì)復(fù)合工藝和方法提出了更高的技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種含碳納米管和納米銀的柔性復(fù)合聚合物薄膜，所述聚合物薄膜的制備原料包括：碳納米管、銀納米粒子、離子液體、納米銀線(xiàn)和聚偏二氟乙烯，其中，一維碳納米管在苯修飾的銀納米粒子(AgNP)，離子液體(IL)和納米銀線(xiàn)(AgNF)之間有效地分散，并形成連續(xù)的三維互穿導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，所述互穿導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)負(fù)載于聚偏二氟乙烯(PVDF)基體材料中形成了可拉伸的高導(dǎo)電柔性復(fù)合聚合物薄膜。

其中，成型復(fù)合聚合物薄膜采用熱退火處理，將三維互穿導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)負(fù)載于聚偏二氟乙烯(PVDF)基體材料中制備得到可拉伸的高導(dǎo)電柔性復(fù)合聚合物薄膜。所制備的柔性復(fù)合聚合物薄膜的電導(dǎo)率為：1500-2000S/cm。

其中，所述碳納米管為多壁碳納米管(MWCNT)；所述的碳納米管為平均直徑 10-15nm，長(zhǎng)度10-15μm；

所述納米銀線(xiàn)的平均直徑為8-12nm，長(zhǎng)度為8-12μm；

所述的銀納米粒子的平均大小為3-5nm；

所述離子液體為咪唑類(lèi)離子液體，咪唑類(lèi)離子液體的陽(yáng)離子為1-乙基-3甲基咪唑、1-丁基-3甲基咪唑、1-己基-3甲基咪唑的任意一種；陰離子為四氟硼酸根、六氟磷酸鹽根、雙三氟甲磺酸酰亞胺根的任意一種。

本發(fā)明還提供了一種含碳納米管和納米銀的柔性復(fù)合聚合物薄膜的制備方法，其包括以下步驟：

步驟(1)在苯甲硫醇的乙醇溶液中加入硝酸銀，加入摩爾比為：苯甲硫醇∶硝酸銀＝1-1.5∶1，在室溫下充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)48小時(shí)后，制備得到苯修飾的銀納米粒子乙醇分散液；

步驟(2)在所述銀納米粒子分散液中，加入多壁碳納米管粉末，加入質(zhì)量比為：銀納米粒子(AgNP)∶多壁碳納米管(MWCNT)＝1∶2-3；在室溫下600W超聲混合2 小時(shí)后，用濾膜過(guò)濾，乙醇洗滌，收集濾餅，干燥后得到銀納米粒子修飾的碳納米管混合物(AgNP-MWCNT)；