[发明专利]基于二维纳米导电材料的复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于二维纳米导电材料的复合材料及其制备方法，所述复合材料包括基底，以及在基底的至少一个主表面形成的导电层，所述基底由包括弹性材料的组合物形成，并且，所述基底表面具有连续或不连续的凸起；所述导电层包括二维纳米导电材料，所述二维纳米导电材料包括二维过渡金属碳/氮化合物，所述导电层平均厚度为10μm以下，并且，所述导电层至少部分地覆盖基底中存在所述凸起的区域，所述复合材料在经历形变时能够具有优良的电导稳定性，并且可以作为电磁屏蔽材料。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种基于二维纳米导电材料的复合材料及其制备方法，更具体而言，涉及一种基于具有该二维纳米导电层的柔性、可拉伸的导电和电磁屏蔽材料。

背景技术

如今，电子皮肤(E-skin)在工业机器人、可穿戴电子设备以及残疾人用假肢替代方面的潜在应用引起了极大的关注。作为电子皮肤的基本单元，可伸缩导体在实现基本功能和多功能集成方面起着至关重要的作用。它们不仅可以用作导电电路和电极的制备，还可以为电子皮肤内部的复杂电子设备提供智能的刺激灵敏度，可调节的热管理功能以及有效的电磁干扰(EMI)屏蔽效果。

为了满足以上这些应用要求，稳定的电导率和结构的坚固性是可拉伸导体的先决条件，尤其是在复杂的变形条件下。

迄今为止，通过形成具有各种导电填料的导电气凝胶和泡沫，或通过将这些导电材料分散在弹性体基质中，人们已经为开发可拉伸导体做出了巨大的努力。

例如，引用文献1提供一种可拉伸柔性导电复合材料，该复合材料包括镀金属导电颗粒和弹性聚合物。所述镀金属导电颗粒是以聚合物颗粒为核，核表面镀有金属。所述镀金属导电颗粒不易在弹性聚合物溶液中沉积，可拉伸柔性导电复合材料导电率为6.5×10²S/m～2×10⁵S/m，同时拉伸率保留了弹性聚合物固有拉伸率的30％～80％。

引用文献2涉及一种基于分形结构银微粒的柔性和可拉伸导体的制备方法，其特征在于将分级结构银微粒作为导电填料制备可拉伸导体。分级结构银微粒具有特殊的三维结构，有利于相互连接形成导电网络，将其嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面能制备出性能优异的可拉伸导体。获得的导体的特点是制备过程相对简单，能耗较低，在机械变形条件下导电性能的稳定性好。

引用文献3提供了一种三维可拉伸导体的制备方法，其通过紫外曝光、显影和烘干得到具有三维结构的弹性复合材料，图案结构完整无缺陷、形状和平面尺寸灵活可调控。数据表明：所得三维可拉伸导体的最大拉伸率可达到150％；在拉伸60％以下时电阻不变，且循环拉伸1000次电阻变化小于10％；在拉伸80％以上时，电阻增加20～50％。

引用文献4提供一种可拉伸导体结构、具有可拉伸导体结构的服装、以及一种用于制造可拉伸导体结构的方法。导体结构包括导线组和可拉伸层压件。所述导线组中的每个导线包括保护表面，所述导线组被图案化为网状结构，以在所述导线组上提供导电性的同时适应操作。可拉伸层压件封装所述网状结构，在所述操作之后所述可拉伸层压件可以使所述导线组的所述网状结构返回到初始状态。

但是，尽管取得了长足的进步，这些拉伸导电材料的电导率、稳定性，尤其是循环使用性并不能说是充分的，因此，这些问题也阻碍了可拉伸导体在柔性电子产品中的潜在应用。

通常，在动态变形下产生裂纹会影响可拉伸导体的结构以及导电性能的稳定性。为了解决这个问题，已经尝试了通过预拉伸将可拉伸导体的面内几何形状制成波状，皱纹和皱折状，以避免在大应变下形成裂纹。但是，在预拉伸过程中产生的残余应力可能会使聚合物基板或导电结构变形，并损害其在复杂电路和电极中的应用。