[發明專利]絕緣-導電循環轉換的橡膠/納米碳材/低熔點合金復合薄膜器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202110352650.2
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113103696A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 郭建華;熊俊斌;蔣興華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;中山市華南理工大學現代產業技術研究院
• 主分類號: B32B27/08
• 分類號: B32B27/08;B32B27/18;B32B27/28;B32B27/30;C08L27/12;C08L83/08;C08K3/04;C08K3/08;C08J5/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 江裕強

本發明公開了絕緣?導電循環轉換的橡膠/納米碳材/低熔點合金復合薄膜器件及其制備方法。該薄膜器件為三層摻雜硫化橡膠材料，外面兩層為納米碳層，中間為摻雜納米碳材的低熔點合金層；所述的三層摻雜硫化橡膠材料通過兩張薄膜的含低熔點合金層對貼貼合形成，制備所述薄膜時，先將橡膠和低熔點合金密煉形成的混合物加入到納米碳材、表面活性劑和有機溶劑形成的分散液中，加入交聯劑和助交聯劑后混合，混合分散液先室溫干燥，合低熔點金沉降至薄膜底部，再干燥形成薄膜。該薄膜器件制備工藝簡便，力學性能優良，可實現絕緣?導電循環轉換，電阻率變化幅度最高可達11個數量級，耐介質性能好，可用作壓敏電阻開關、柔性傳感器等。

技術領域

本發明涉及絕緣-導電循環轉換材料，特別是涉及一種絕緣-導電循環轉換的橡膠/納米碳材/低熔點合金復合薄膜器件及其制備方法，屬于絕緣-導電循環轉換和高分子材料薄膜成型加工領域。

背景技術

可實現絕緣體-導體轉換(Conductor-insulator transition，簡稱CIT)的材料包括莫特絕緣體、金屬氧化物、鈣鈦礦、有機薄膜等，是一種新型的電子材料。然而以上CIT材料均屬于剛性材料，不易變形。近年來，隨著可穿戴柔性電子的快速發展，可拉伸的柔性CIT材料也逐漸受到關注。目前，柔性CIT材料主要由硅橡膠(PDMS)和低熔點合金等導電填料組成，例如，中國發明專利201910051870.4公開了一種柔性可拉伸溫控導體絕緣體可逆轉變材料及其應用，該材料是一種基于液態金屬的柔性可拉伸溫控導體-絕緣體可逆轉變材料，該材料由特定比例的液態金屬和柔性基料混合而成，制備工藝簡單，可3D打印，其電阻可隨外界刺激發生6～9個數量級的變化，能滿足可穿戴電子設備、電子皮膚、軟體機器人的應用需求。

Zhu等[Zhu L.F.,Chen Y.Z.,Shang W.H.,et al.Anisotropic liquid metal-elastomer composites.Journal of Materials Chemistry C,2019,7:10166.]采用沉降技術制備液態金屬鎵(Ga)/PDMS復合材料，Ga因重力作用在材料的底部高濃度富集，使其具有顯著的電、熱和力學的各項異性，在受到激光產生的局部熱刺激后，這種材料的形狀可以從彎曲變成平直狀態，能夠做成可控通斷的柔性電開關或過熱保護開關。

Lee等[Lee G.H.,Lee T.,Choi Y.W.Metal-elastomer bilayered switches byutilizing the superexponential behavior of crack widening.Journal ofMaterials Chemistry C,2017,5:10920-10925.]利用在拉伸應變作用下液態金屬薄膜裂紋擴展的超指數行為，設計應變門控制開關系統，這一系統由金屬-彈性體雙層薄膜組成，當拉伸應變為1.6％時，開關的電阻增加大約5個數量級。

由此可見，基于液態金屬的TIC材料存在顯著的溫度滯后效應，即當溫度降低至液態金屬的相變點時，液態金屬無法及時發生相變，液態金屬顆粒的體積變化不夠及時，導致導電-絕緣切換的速度較慢，即轉換靈敏度不夠。此外，現有的柔性CIT材料大部分是采用PDMS為基材，還存在材料的力學性能和耐介質性能較差等問題，難以在苛刻環境條件下應用。

發明內容

本發明的目的是針對目前基于硅橡膠材料的柔性CIT材料的力學性能和耐介質性能較差的缺點，提供一種基于氟橡膠的絕緣-導電循環轉換的橡膠/納米碳材/低熔點合金復合薄膜器件及其制備方法，既能實現絕緣-導電循環轉換，同時具有較好的力學性能和耐介質性能，能滿足更為苛刻環境條件下柔性材料的應用需求。

為實現本發明的目的，本發明采取的技術方案為：