[發明專利]對應變和溫度雙重不敏感的柔性導電復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110394406.2
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113205900B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 伍英;王雷;姜乃生;李宏福;牛康民
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01B1/12
• 分類號: H01B1/12;H01B1/04;H01B5/16;H01B13/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種對應變和溫度雙重不敏感的柔性導電復合材料的制備方法。所述材料內部具有雙層導電網絡，內層由導電高分子組成，外層由石墨烯薄膜組成。所述材料的導電性能對應變不敏感，在拉伸應變為30％、50％和80％時，電阻變化率分別為3.2％、5.3％和12.3％。所述材料對溫度變化不敏感，當材料溫度由25℃升高至60℃、120℃和160℃時，電阻變化率分別為1.5％、1.6％和2.1％；當材料溫度由25℃降低至?40℃時，電阻變化率為?2.5％。本發明制備的以聚(3，4?乙烯二氧噻吩)?聚苯乙烯磺酸和石墨烯薄膜分別為內層與外層導電材料的雙層導電網絡、以PDMS為柔性高分子基體的柔性導電復合材料，表現出了對應變和溫度雙重不敏感的特性。本發明開拓了柔性導電復合材料的新結構，為柔性導電復合材料的多功能應用打開了新的大門。

技術領域

本發明涉及導電材料領域，涉及一種對應變和溫度雙重不敏感的柔性導電復合材料的制備方法。

背景技術

隨著社會的進步與科技的發展，滿足全天侯使用要求的柔性可穿戴電子器件逐漸成為研究熱門。這要求柔性導電材料的導電性能不受形變干擾，且能在較寬的溫度區間保持穩定。近年來，已有大量研究針對開發導電性能對應變不敏感的導電材料。其中，通過預先構建好三維石墨烯網絡，隨后采用聚合物回填的方法是制備高性能應變不敏感柔性導電復合材料的代表性工藝，并已得到成功應用。

目前，對柔性可伸縮導電材料的溫度不敏感特性的研究，并未取得較大的進展。當材料溫度變化時，現有的柔性可伸縮導電復合材料的電導率發生明顯變化，原因主要有兩點。其一，柔性高分子基體和石墨烯等導電材料具有較大的熱膨脹系數差，在材料溫度升高或降低時，基體發生明顯的膨脹或收縮，在宏觀層面上表現為復合材料發生拉伸或壓縮形變；而石墨烯等導電材料膨脹或收縮率低，導致導電網絡在基體膨脹或收縮過程中產生一定應變，從而影響基體內部導電網絡接觸位點的數量，進而直接影響復合材料的整體導電性能。其二，載流子在導電填料內部的傳輸過程受溫度變化影響，從而直接影響導電填料的本征電導率，例如：低缺陷石墨烯薄膜的電導率隨溫度升高而減小，高缺陷還原氧化石墨烯片的電導率隨溫度升高而增大。

為了進一步拓寬應變不敏感導電材料的應用溫區，我們提出了在柔性高分子基體內部構建雙層導電網絡的設想，使復合材料同時具備應變和溫度不敏感特性，針對性地解決了導電復合材料的導電性受溫度變化影響的問題。在雙層導電網絡結構中，導電高分子層附著在石墨烯薄膜內壁，充當了保護層的作用，使導電網絡在高分子基體受溫度變化膨脹或收縮的過程中仍然保持完整。此外，導電高分子層與石墨烯薄膜具有不同的載流子傳輸機理，二者電阻率隨溫度變化規律相反，從而抵消一部分電導率變化。在上述兩種因素的共同作用下，所述材料的電阻表現出了對溫度不敏感的特性。本發明開拓了柔性導電復合材料的新結構，為柔性導電復合材料的多功能應用打開了新的大門。

發明內容

本發明的目的是在現有技術條件下，提供一種具有雙層導電網絡結構的、對應變和溫度雙重不敏感的柔性導電復合材料的制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種對應變和溫度雙重不敏感的柔性導電復合材料的制備方法，其特征在于，所述材料內部具有雙層導電網絡，內層由導電高分子組成，外層由石墨烯薄膜組成。所述材料制備步驟如下：

(1)利用化學氣相沉積法，在高面密度、波浪狀鎳泡沫表面生長石墨烯薄膜，得到波浪狀鎳/石墨烯泡沫；

(2)將上述得到的波浪狀鎳/石墨烯泡沫放置在制樣架上，滴涂高彈性高分子聚合物前驅液，懸空固化，得到波浪狀鎳/石墨烯/高分子導電復合材料；

(3)將上述得到的波浪狀鎳/石墨烯/高分子導電復合材料放置入特定溶液中，除去內部的金屬鎳，得到具有空管結構的波浪狀石墨烯/高分子導電復合材料；