[发明专利]导电复合材料、导电墨水以及应用

说明书

本发明提供了一种导电复合材料、导电墨水以及应用，所述导电复合材料包括：内核部以及外层部；所述内核部包括以下通式表示的二维过渡金属碳/氮化合物：M_n+1X_nT其中，n为1～3的整数；M选自Sc、Ti、Zr、V、Nb、Cr或者Mo；X代表C或N元素；T表示一个或多个活性官能团；所述外层部包括芳香族多酚的聚合物，所述芳香族多酚具有两个以上的酚羟基。

技术领域

本发明涉及材料领域，涉及一种导电复合材料，更具体而言涉及一种基于一种MXene/聚多酚导电材料及制备方法。

背景技术

近年来，5G通信技术、物联网等新电子技术的快速发展，使得各种高性能便携电子设备朝着高集成度、小型化、轻量化发展的方向，同时也对制备柔性的、薄的、可设计的导电线、膜和图案材料，如天线、电磁干扰(EMI)屏蔽膜和涂层、滤波器等电磁材料提出了更大的挑战。

显然，高密度、难加工的金属材料很难满足这些高度集成、薄、可设计的导电材料的制备。导电墨水对于薄的、可设计的、共形的EMI屏蔽是很重要的此外，导电油墨在射频识别(FRID)、导电电极、智能包装、防伪、生物传感等诸多领域有着广泛的应用，因此，开发高性能导电油墨具有重大的意义和经济价值。

进一步，已知的是，二维过渡金属碳/氮化物(MXenes)由于其优异的导电性、独特的纳米层状结构和表面极性，在能源、传感、水处理、生物、特别是EMI屏蔽等领域具有巨大的潜力。迄今为止，研究人员制备了多种MXene基导电纤维、薄膜、气凝胶和复合材料，其EMI屏蔽性能可媲美甚至优于金属和石墨烯材料，此外，也注重这些材料的其他性能，例如机械性能等的研究。例如，引用文献1提供一种稳定性优异的可拉伸的基于二维纳米导电材料(MXene)的复合材料，该复合材料具有优良的电导率以及电磁屏蔽性，同时在动态形变例如拉伸时，具有改善的电导率的稳定性。引用文献2提供了一种改进的基于二维纳米材料，尤其是基于MXene材料的、具有芯鞘复合结构的纤维，该纤维材料具有二维纳米材料形成的芯部以及具有芳香族结构的聚酰胺的鞘层，并且，不仅具有优良的电磁屏蔽性，所得到的纤维也在具有优良的电导性的同时更是具有超高的拉伸性能和韧性。

虽然MXene基复合材料的电磁屏蔽性和机械性能的研究已经取得了很大的进展，但MXene导电墨水的研究正在兴起。与石墨烯不同，通常认为具有表面极性的MXene更有利于形成分散良好的高性能极性油墨，因此有利于功能性电子器件和图案涂层的设计和制备。

引用文献3公开了一种不含高价金属离子的MXene/油墨高灵敏度传感器(应变或温度传感器)，该部件为MXene材料和油墨的复合结构，其MXene材料尺寸较小且层数较少以不含有高价金属离子，因此能够提高传感器灵敏度。

引用文献4提供了一种包括改性MXene材料的高效导热UV-LED油墨，其将三聚氰胺-甲醛预聚体与剥离的MXene原位聚合，得到三聚氰胺-甲醛修饰的MXene。

引用文献5一种水系MXene基储能电极材料3D打印油墨，其特征在于，所述3D打印油墨包括不含氧的水、MXene、助剂和储能电极活性材料。

进一步，已知的是，刮涂有利于实现油墨的大面积涂布，同时，丝网印刷和挤出印刷技术则便于设计精细的具有图案的导电涂层。而这些加工方式对油墨的粘度和流变性能有着较高的要求。现有技术中，一般通过添加增稠剂如纳米粉体或聚合物来实现MXene油墨的增稠，例如，引用文献6中公开了一种MXene基电热油墨，其包括MXene纳米片、水性增稠剂黄原胶和水，其中：MXene的质量分数为5～35％，MXene与黄原胶的质量比为(300～200):(1～10)。引用文献7公开了一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水，其特征在于：包括质量比为10～90：10～90的MXene纳米片、纳米纤维素，可以使用水溶性高分子等。

虽然增稠性成分的使用可以调节墨水粘度以适应印刷方式的要求，但这同时也使得MXene墨水的导电率下降、涂层质量和密度增加。