[發明專利]一種具有焦耳發熱性能的柔性可穿戴導電材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011305413.2
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112331378B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 秦風;白宇;呂銀祥;嚴志洋;高原
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01B1/16
• 分類號: H01B1/16;D06M11/83;D06M101/40
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 呂玲

本發明具體為一種具有焦耳發熱性能的柔性可穿戴導電材料及其制備方法。該材料以柔性碳纖維為基底，其表面上具有鎳鎢磷三元合金導電涂層。柔性碳纖維基底表面具有鎳鎢磷三元合金導電涂層的制備方法為：碳纖維織物依次置于乙醇和去離子水中超聲清洗，然后將其漂洗和烘干；所述的碳纖維基底采用KH550硅烷偶聯劑溶液進行表面處理；所述的鎳納米粒子由鎳離子經硼氫化鈉溶液還原而成；將鎳納米粒子活化后的碳纖維織物浸入Ni?W?P化學鍍液中，化學鍍后用去離子水沖洗、干燥即得Ni?W?P三元合金涂覆的碳纖維織物。該材料制備條件簡單，成本低廉，可操作性強；制備的新型柔性可穿戴導電材料具有良好的導電性、出色的焦耳加熱性能。

技術領域

本發明屬于可穿戴電子材料技術領域，具體為一種具有焦耳發熱性能的柔性可穿戴導電材料及其制備方法。

背景技術

柔性可穿戴導電材料是指在聚脂、聚酰胺、碳纖維或PET等柔性絕緣材料表面，通過一定的工藝處理，與特定導電材料粘結在一起所形成的可穿戴導電材料，在可穿戴屏蔽材料、可穿戴電子器件及傳感器等方向有著廣泛應用，是當代科學技術熱點研究領域之一。隨著科學技術的蓬勃發展，可穿戴設備的工作環境也日漸復雜化，其在極地、外太空等極寒環境下的工作可靠性目前還沒有很好的保障。因此，需要開發一種可以通過控制焦耳加熱性能實現溫度穩定的導電材料，以滿足極端寒冷條件下可穿戴電子技術的應用需求。

近年來，相關的技術發明也得到了足夠的關注。由于導電聚合物具有重量輕、化學性質穩定的特點，其通常被用作與其他聚合物共混的填料；然而，在導電聚合物含量較高的情況下，很難避免其隨機分布導致復合材料導電性能和機械性能的下降，不利于其在日常工作生活中的應用。由于具有較大的表面積和機械柔韌性，還原氧化石墨烯(rGO)片材也被用來制備柔性可穿戴導電材料，但其復雜的沉積和還原過程，使得制備成本大大增加，而且發熱溫度范圍也較為受限。金屬，由于具有優良導電性、易于操作且制備方法經濟高效等優點，近年來在柔性可穿戴導電材料方面得到關注。然而，由于金屬導電性過強的特性，其發熱性能在一定程度受到了限制。

發明內容

本發明的目的在于，為克服現有技術缺陷，針對以上需求與面臨的問題，在本發明中提出了一種巧妙的技術手段，制備出柔性鎳鎢磷(Ni-W-P)三元合金涂層包覆的碳纖維織物，該技術手段包括表面改性、活化和化學鍍等步驟。所制備的復合材料具有優異的導電性能，與此同時，由于鎢元素的引入，合金的阻抗得到有效調節，使得該柔性織物還具有出色的焦耳加熱性能。并且通過加熱和冷卻的多次循環實驗，其發熱性能與效率均沒有明顯變化，證明其發熱性能的穩定性，可滿足工業上長期穩定的使用要求。

為了實現以上發明目的，本發明的具體技術方案為：

一種具有焦耳發熱性能的柔性可穿戴導電材料，該材料以柔性碳纖維為基底，所述的柔性碳纖維基底表面具有鎳鎢磷(Ni-W-P)三元合金的導電涂層；所述的Ni-W-P三元合金的導電涂層經由化學鍍的方式制備。

柔性碳纖維基底表面具有鎳鎢磷三元合金的導電涂層，是指將碳纖維織物表面合金金屬化，具體工藝包括：1)碳纖維基體表面的超聲波清洗；2)采用KH550硅烷偶聯劑溶液對碳纖維基體表面進行改性；3)鎳納米粒子自催化活化及化學鍍合金等。

一種柔性鎳鎢磷(Ni-W-P)三元合金涂層包覆碳纖維織物的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟(1)：將碳纖維織物依次放置于乙醇和去離子水中超聲波清洗表面，然后將其進行漂洗和烘干，去除油脂與雜質；

步驟(2)：將織物置于KH550硅烷偶聯劑溶液中浸泡，而后將其置于烘箱中烘干；

步驟(3)：初步制備鎳離子溶液，將表面改性后的織物在室溫下浸泡于鎳離子溶液中，而后將浸泡后的織物放置于硼氫化鈉溶液中，織物表面上的鎳離子最終被還原為鎳納米粒子，實現鎳納米粒子的催化活化；