[发明专利]绝缘-导电循环转换的橡胶/纳米碳材/低熔点合金复合薄膜器件及其制备方法

说明书

本发明公开了绝缘‑导电循环转换的橡胶/纳米碳材/低熔点合金复合薄膜器件及其制备方法。该薄膜器件为三层掺杂硫化橡胶材料，外面两层为纳米碳层，中间为掺杂纳米碳材的低熔点合金层；所述的三层掺杂硫化橡胶材料通过两张薄膜的含低熔点合金层对贴贴合形成，制备所述薄膜时，先将橡胶和低熔点合金密炼形成的混合物加入到纳米碳材、表面活性剂和有机溶剂形成的分散液中，加入交联剂和助交联剂后混合，混合分散液先室温干燥，合低熔点金沉降至薄膜底部，再干燥形成薄膜。该薄膜器件制备工艺简便，力学性能优良，可实现绝缘‑导电循环转换，电阻率变化幅度最高可达11个数量级，耐介质性能好，可用作压敏电阻开关、柔性传感器等。

技术领域

本发明涉及绝缘-导电循环转换材料，特别是涉及一种绝缘-导电循环转换的橡胶/纳米碳材/低熔点合金复合薄膜器件及其制备方法，属于绝缘-导电循环转换和高分子材料薄膜成型加工领域。

背景技术

可实现绝缘体-导体转换(Conductor-insulator transition，简称CIT)的材料包括莫特绝缘体、金属氧化物、钙钛矿、有机薄膜等，是一种新型的电子材料。然而以上CIT材料均属于刚性材料，不易变形。近年来，随着可穿戴柔性电子的快速发展，可拉伸的柔性CIT材料也逐渐受到关注。目前，柔性CIT材料主要由硅橡胶(PDMS)和低熔点合金等导电填料组成，例如，中国发明专利201910051870.4公开了一种柔性可拉伸温控导体绝缘体可逆转变材料及其应用，该材料是一种基于液态金属的柔性可拉伸温控导体-绝缘体可逆转变材料，该材料由特定比例的液态金属和柔性基料混合而成，制备工艺简单，可3D打印，其电阻可随外界刺激发生6～9个数量级的变化，能满足可穿戴电子设备、电子皮肤、软体机器人的应用需求。

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.]采用沉降技术制备液态金属镓(Ga)/PDMS复合材料，Ga因重力作用在材料的底部高浓度富集，使其具有显著的电、热和力学的各项异性，在受到激光产生的局部热刺激后，这种材料的形状可以从弯曲变成平直状态，能够做成可控通断的柔性电开关或过热保护开关。

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.]利用在拉伸应变作用下液态金属薄膜裂纹扩展的超指数行为，设计应变门控制开关系统，这一系统由金属-弹性体双层薄膜组成，当拉伸应变为1.6％时，开关的电阻增加大约5个数量级。

由此可见，基于液态金属的TIC材料存在显著的温度滞后效应，即当温度降低至液态金属的相变点时，液态金属无法及时发生相变，液态金属颗粒的体积变化不够及时，导致导电-绝缘切换的速度较慢，即转换灵敏度不够。此外，现有的柔性CIT材料大部分是采用PDMS为基材，还存在材料的力学性能和耐介质性能较差等问题，难以在苛刻环境条件下应用。

发明内容

本发明的目的是针对目前基于硅橡胶材料的柔性CIT材料的力学性能和耐介质性能较差的缺点，提供一种基于氟橡胶的绝缘-导电循环转换的橡胶/纳米碳材/低熔点合金复合薄膜器件及其制备方法，既能实现绝缘-导电循环转换，同时具有较好的力学性能和耐介质性能，能满足更为苛刻环境条件下柔性材料的应用需求。

为实现本发明的目的，本发明采取的技术方案为：