[发明专利]一种柔性导电纤维膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性导电纤维膜材料及其制备方法，包括：将纤维基体材料、导电纳米材料和表面活性剂溶解于有机溶剂中，制备获得纺丝溶液；将所述纺丝溶液通过静电纺丝工艺制备形成纳米纤维膜；在所述纳米纤维膜上原位聚合导电聚合物，制备获得所述柔性导电纤维膜材料；其中，所述纳米纤维膜具有相互连接的一级主纤维和二级蛛网纤维的结构，所述导电聚合物原位聚合形成在所述一级主纤维和二级蛛网纤维上，由于蛛网纤维的存在，提高了样品中纤维的比表面积，因此在进行原位聚合反应时，能够为导电聚合物的附着提供更多的结合位点，大幅度提高了导电纤维膜材料的导电性能。

技术领域

本发明属于导电材料技术领域，尤其涉及一种柔性导电纤维膜材料及其制备方法。

背景技术

传统上，常以金属或金属氧化物作为导体实现电子元器件的导电互连，如氧化铟锡(ITO)薄膜导电性好，且透过率高，因而广泛应用于太阳能电池、显示器以及固态照明等部件中。但是铟是一种稀有金属，全球的储量低，且ITO制备工艺复杂，成本高，在低应变下会产生裂纹等缺点难以满足现代柔性电子器件的制作要求。

近年来，无机导电材料及其掺杂的复合材料在柔性电子器件制备领域吸引了越来越多研究者的关注。东华大学刘天西课题组利用水凝胶法制备了用于超级电容器的多孔自支撑氮掺杂石墨烯薄膜，大孔结构有利于快速的离子吸附，氮掺杂结构保证了薄膜具有足够的赝电容和导电性，但是石墨烯成本高昂，不利于大规模的工业化生产，参见文献：“Jin,Y.,et al.,Free-standing macro-porous nitrogen doped graphene film for highenergy density supercapacitor.Electrochimica Acta,2019.318:p.865-874”。郑州大学郑国强课题组采用“三层吹膜-多层热压”的方法制备了具有交替微结构的聚丙烯/多壁碳纳米管的各向异性导电复合材料，其在在x方向的导电率高达1s/m，比z方向的导电率高出近16个数量级，但是无机纳米材料存在不易分散的问题，参见文献：“Zhao,K.,et al.,Remarkably anisotropic conductive MWCNTs/polypropylene nanocomposites withalternating microlayers.Chemical Engineering Journal,2019.358:p.924-935”。

近年来，聚合物的导电特性被发现，大量的导电聚合物，如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等相继被开发。导电聚合物既有聚合物的优点，又兼具金属的优异导电性和电化学性。将导电聚合物与其他高分子进行复合，可以得到柔性更好的导电复合材料。例如，青岛大学曲丽君课题组在静电纺丝得到的聚氨酯纳米纤维膜上原位聚合聚苯胺，形成导电复合膜，但是纤维膜中的纤维尺寸单一，苯胺的聚合位点有限，无法负载更多的聚苯胺从而无法进一步提高其导电性能，参见文献：“青岛大学硕士学位论文《聚苯胺/聚氨酯电纺纳米纤维膜制备及柔性应力应变传感器组装》，王玉娇”。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种柔性导电纤维膜材料及其制备方法，以提高导电纤维膜材料的导电性能。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种柔性导电纤维膜材料的制备方法，其包括：

将纤维基体材料、导电纳米材料和表面活性剂溶解于有机溶剂中，制备获得纺丝溶液；

将所述纺丝溶液通过静电纺丝工艺制备形成纳米纤维膜；

在所述纳米纤维膜上原位聚合导电聚合物，制备获得所述柔性导电纤维膜材料。

其中，所述纤维基体材料的质量分数为5％～25％，所述表面活性剂的质量分数为0.01～0.1％，所述导电纳米材料的质量分数为2～20％。