[发明专利]一种碳纳米管-硅橡胶复合导电流体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管‑硅橡胶复合导电流体及其制备方法，碳纳米管‑硅橡胶复合导电流体包括导电填充物和高分子聚合物材料，导电填充物为碳纳米管，高分子聚合物材料为硅橡胶，碳纳米管和硅橡胶的重量比为1:11～1:17，复合导电流体为流体状态。本发明所述流体状态的复合导电流体本身可以任意形变，具备可拉伸导电性。当复合导电流体作为穿戴式电子器件的重要组成部分时，其不会影响电子器件的可拉伸范围，本发明的碳纳米管‑硅橡胶复合导电流体将在柔性可拉伸导电材料领域展现出极大的应用潜力。同时，本发明采用的原料为碳纳米管和硅橡胶，避免了采用柔性可拉伸电极材料应变范围有限、工序复杂、采用液态导电金属材料导致价格昂贵的问题。

技术领域

本发明涉及液态导电技术领域，具体涉及一种碳纳米管-硅橡胶复合导电流体及其制备方法。

背景技术

穿戴式电子设备的飞速发展对器件的柔韧性提出了更高的要求。作为穿戴式电子器件的核心，具有可拉伸特性的柔性电极材料业已成为研究热点。

传统金属电极材料(Au、Ag、Cu等)本身不具有柔性，通过金属层厚度减薄，可以实现柔性电极，但却不具有可拉伸性[Heung Cho Ko,Mark P.Stoykovich.A hemisphericalelectronic eye camera based on compressible silicon optoelectronics.Nature,vol.454,pp 748–753, 2008]。而通过波纹结构设计等优化策略，可以实现具有一定拉伸性的金属电极，但需要掩模版制作、光刻、腐蚀等复杂加工程序，成本高昂，可拉伸性能有限[Dae-Hyeong Kim,et al. “Stretchable and Foldable Silicon IntegratedCircuits”.Science 320,507,2008)]。因此，液态导电技术应运而生，譬如液态导电金属材料汞(Hg)、镓(Ga)、铷(Rb)，可任意形变，具有非常优异的可拉伸导电性。但液态金属材料有毒，应用于穿戴式领域具有重大安全隐患，严重限制了其发展。因此，研究人员提出了Galinstan合金等基于复合材料的液态导电技术，但是需要昂贵的特殊设备、通过复杂的特殊工艺进行制备，成本昂贵，进而限制了其实际应用和发展[Yanqin Yang,Na Sun.Liquid-Metal-Based Super-Stretchable and Structure-Designable TriboelectricNanogenerator for Wearable Electronics.ACS Nano 2018,12,2027-2034]。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管-硅橡胶复合导电流体，解决现有柔性可拉伸电极材料其应变范围有限、制作工序复杂、成本昂贵的问题，本发明所述的碳纳米管-硅橡胶复合导电流体不仅具有导电性，而且呈流体状态，具有良好的拉伸性能，同时不含有毒物质，制作工序简单、成本低廉。

此外，本发明还提供上述碳纳米管-硅橡胶复合导电流体的制备方法，通过本发明所述方法制备的碳纳米管-硅橡胶复合导电流体不仅具有导电性，而且呈流体状态，具有良好的拉伸性能，同时，本发明所述制备方法制作工序简单、成本低廉。

本发明通过下述技术方案实现：

一种碳纳米管-硅橡胶复合导电流体，所述复合导电流体包括导电填充物和高分子聚合物材料，所述导电填充物为碳纳米管，所述高分子聚合物材料为硅橡胶，所述碳纳米管和硅橡胶的重量比为1:11～1:17，所述复合导电流体为流体状态。

在现有技术中，Agee Susan Kurian提出了CNT和硅橡胶混合制备导电固体材料的方法，但所制备的样品为粘稠固体，CNT分散极不不均匀且表面存在大的颗粒物，无法实现导电流体[Agee Susan Kurian.Printing of CNT/silicone rubber for a wearableflexible stretch sensor.Proc. SPIE 9798,2016]。