[发明专利]一种高弹性导电膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高弹性导电膜材料及其制备方法，属于弹性导电材料领域。本发明要解决传统的弹性导电材料随着拉伸应力的增加，导电性能急剧下降的技术问题。本发明导电膜材料主要是由带电聚合物溶液和纳米导电溶液通过LBL沉积法制成的。本发明方法：一、将弹性分子材料插入带电聚合物溶液中，保持1～300分钟，用去离子水洗净，冷风吹干；二、然后拉伸，插入纳米导电溶液，保持1～300分钟，用去离子水洗净，冷风吹干，回复到自由状态；三、重复步骤一至二的操作至少3次；四、用乙醇漂洗后干燥，分离基膜，即得到高弹性导电膜材料。本发明的弹性导电材料可广泛应用于可穿戴电子设备、仿生材料、柔性显示系统、医学技术及材料等。

技术领域

本发明属于弹性导电材料领域，具体涉及了一种大形变下导电性能保持优异的弹性导电材料的制备方法。

背景技术

弹性导电材料最近吸引了学术界和工业界很大的兴趣。近年来，电子设备逐渐向着便携式和智能化方向发展，而集可伸缩性与导电性能为一体的导电弹性材料由于具有良好的柔韧性，能够覆盖于活动和弯曲的表面等优点，已成为高性能电子器件发展的趋势，其在大面积压力传感器、探测器等领域表现出重要的应用价值。根据人体工程学、电子学原理，将弹性导电材料与柔性纺织材料相结合，开发可应用于监测人体生理信号的智能医疗保健、健康监测材料，对于提高人类寿命、保障人体安全具有重要意义。这种新的导体在很多领域都有很大的应用潜力，如机器人设备的可伸缩皮肤、功能性衣服的可穿戴电子设备、可伸缩性传感器以及柔性的电子显示设备。弹性导电材料也称为可伸缩性导体，是一种在拉伸、弯曲等形变下依然具有导电性的一类材料。目前，制备弹性导电材料的方法主要有两种，一种是导电材料与弹性体的机械混合，另一种是导电材料在弹性体表面形成一层导电薄膜。第二种方法制得的弹性导电材料在性能上要优于第一种。然而，两种材料由于使用过程中材料变形导致导电通路部分断开使拉伸性能和导电性能很难相结合。尤其是当材料的形变超过初始很多倍时，电阻会急剧上升，这极大地限制了弹性导体的应用。

公开号为CN103073891A的专利中公布了预先制备石墨烯-CNT碳气凝胶导电骨架的方法，能克服传统挤出、熔融共混等工艺制备石墨烯-CNT-聚合物复合材料引起的纳米碳材料在基体中团聚、分散不均等问题，制得的柔性导电复合材料在一定应力多次循环作用之下电导率基本维持不变，但是形变过大时，对电导率影响很大，同时昂贵的石墨烯限制了材料的工业化生产。

公开号为CN1206372A的专利中公布了一种以层状组合物的形式得到的弹性导电复合材料，所述组合物包括：具有外表面的衬底，其中该衬底由非导电弹性材料组成；接合至衬底外表面上的第一层，其中第一层由非导电弹性材料组成；和接合至第一层外表面上的第二层，其中第二层由非导电弹性材料组成，在该弹性材料中分散有一些导电的片状粉末。第二层也可由分散在非导电弹性材料中的一些圆形或锯齿状的导电颗粒组成，以致使一些导电颗粒沿第二层的外表面分布。另外，还可将一些圆形或锯齿状的导电颗粒埋在第二层的外表面中。这种复合材料在拉伸率不是很大的时候能保持一定的性能稳定性，但当拉伸率很大时，电阻会急剧升高。

发明内容

本发明要解决现有方法获得弹性导电材料在大形变下电阻增加的问题，而提供一种新的大形变下导电性能优异的弹性导电材料的制备方法。

本发明中的一种高弹性导电膜材料主要是由带电聚合物溶液和纳米导电溶液通过 LBL沉积法制成的，以弹性分子材料为基膜，自由状态下通过静电吸附作用自组装聚合物膜，拉伸状态下通过静电吸附作用纳米导电粒子自组装在拉伸的聚合物膜的三维网格上。

本发明的一种高弹性导电膜材料的制备方法是由下述步骤完成的：

步骤一、将弹性分子材料插入带电聚合物溶液中，保持1～300分钟，用去离子水洗净，冷风吹干；

步骤二、然后拉伸，插入纳米导电溶液，保持1～300分钟，用去离子水洗净，冷风吹干，回复到自由状态；

步骤三、重复步骤一至二的操作至少3次；