一種導(dǎo)電復(fù)合膜及其制備和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電復(fù)合膜及其制備和應(yīng)用，導(dǎo)電復(fù)合膜包括碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜，其中復(fù)合膜上下表面負(fù)載樹脂，兩端黏附有電極。將一層碳納米管薄膜浸漬在石墨烯懸浮液中，取出后晾干，得到碳納米管/石墨烯復(fù)合膜；在碳納米管/石墨烯復(fù)合膜表面原位生長聚苯胺納米線陣列，得到碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜；上述碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜的兩端黏附電極，并在上下表面涂覆樹脂，固化，即得。柔性導(dǎo)電膜可以用于智能紡織品中的導(dǎo)電材料，還可以用作柔性的電子器件。本發(fā)明所制備的導(dǎo)電膜材料導(dǎo)電性好，可達(dá)103S/m?105S/m，同時可承受一定彎曲和壓縮變形。
【專利說明】
一種導(dǎo)電復(fù)合膜及其制備和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合膜材料及其制備和應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種導(dǎo)電復(fù)合膜及其制備和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料一般都是金屬材料，但近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，一些非金屬的導(dǎo)電材料發(fā)展迅猛，并在電子電力、通信、能源等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此外，隨著電子器件輕薄化方向發(fā)展，以及智能可穿戴導(dǎo)電材料的需求，傳統(tǒng)的剛性電子器件已經(jīng)越來越無法滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的需要，而導(dǎo)電膜因其比較輕薄，在市場上的應(yīng)用越來越廣泛。但目前的導(dǎo)電膜一般都是在玻璃，陶瓷等硬質(zhì)基材上制備的，基材本身存在質(zhì)脆、彈性差，不易變形等缺點，因而制備得到的導(dǎo)電膜柔韌性差，不耐彎折壓縮，可穿戴性能差，而且大多采用導(dǎo)電填料或鍍膜涂層等方式，制備過程比較復(fù)雜，從而大大限制了其應(yīng)用。因此，現(xiàn)在迫切需要研發(fā)一種具有柔韌性，可以承受彎曲變形，可穿戴的導(dǎo)電膜材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)電復(fù)合膜及其制備和應(yīng)用，本發(fā)明所制備的導(dǎo)電膜材料導(dǎo)電性好，可達(dá)到103S/m-105S/m，同時可承受一定彎曲和壓縮變形。該柔性導(dǎo)電膜可以用于智能紡織品中的導(dǎo)電材料，還可以用作柔性的電子器件，在智能材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明的一種導(dǎo)電復(fù)合膜，所述導(dǎo)電復(fù)合膜包括碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜⑴、保
[0005]護(hù)層樹脂(2)，其中碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜(I)兩端黏附有電極，膜厚可根據(jù)需
[0006]要控制在0.4mm ~1.5mm，優(yōu)選為0.6mm。
[0007]所述樹脂為彈性樹脂;電極為導(dǎo)電纖維等導(dǎo)電材料。
[0008]所述彈性樹脂為聚氨酯、聚二甲基硅氧烷或橡膠；電極為:銅片、銅絲或碳納米管紗線電極。
[0009]
[0010]本發(fā)明的一種導(dǎo)電復(fù)合貼膜，將導(dǎo)電復(fù)合膜的樹脂表面粘附一層透明雙面膠，得到導(dǎo)電復(fù)
[0011]合貼膜。
[0012]本發(fā)明的一種導(dǎo)電復(fù)合膜的制備方法，包括:
[0013](I)將一層碳納米管薄膜浸漬在石墨烯懸浮液中，取出后室溫下自然晾干，得到碳納米管/石墨烯復(fù)合膜；
[0014](2)在碳納米管/石墨烯復(fù)合膜表面原位生長聚苯胺納米線陣列，得到碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜；
[0015](3)上述碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜的兩端黏附電極，并在上下表面涂覆具有保護(hù)作用的樹脂，涂覆厚度可根據(jù)需要選擇，也可以直接粘合相應(yīng)的薄膜類材料，固化，即得導(dǎo)電復(fù)合膜。
[0016]所述步驟(I)中碳納米管薄膜的具體參數(shù)為:碳納米管直徑為lOnm-lOOnm，薄膜厚度為10μπι-50μπι，孔隙率為35%-75%，拉伸強(qiáng)度為100MPa-500MPa，電導(dǎo)率為104-105S/m。
[0017]碳納米管薄膜可由單壁或多壁碳納米管制得。
[0018]所述步驟(I)中石墨稀懸浮液的濃度為lmg/ml?50mg/ml。
[0019]所述步驟(I)中浸漬1-3次，每次浸漬時間為l_5h。
[0020]所述步驟(2)中在碳納米管/石墨烯復(fù)合膜表面原位生長聚苯胺納米線陣列為采用稀溶液聚合法制備，具體為:
[0021]將制得的碳納米管/石墨烯薄膜放入裝有HClO4溶液(濃度為lmol/L)的反應(yīng)器中，冰浴下進(jìn)行磁力攪拌，加入苯胺單體(10臟01凡)，攪拌10-30111；[11后，將4?3(6.71111]101凡)溶解在HClO4溶液中并加入到反應(yīng)器中，保持冰浴條件持續(xù)攪拌12-24h，聚合完成后，取出薄膜并用HClO4溶液(濃度為0.lmol/L)沖洗，然后放置于真空干燥箱中，45°C下干燥過夜烘干，得到碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電膜。
[0022]所述步驟(3)中黏附電極為通過導(dǎo)電銀膠黏附電極，即電極材料通過導(dǎo)電銀膠與柔性導(dǎo)電膜材料相連。
[0023]所述步驟(3)中固化參數(shù)(如固化時間、溫度等條件)由所選擇的樹脂決定，一般為溫度:25 °C -150 °C，時間:0.5h-24h。
[0024]本發(fā)明的一種導(dǎo)電復(fù)合膜的應(yīng)用，所述導(dǎo)電復(fù)合膜用于紡織品中的導(dǎo)電材料，用作柔性的電子器件。
[0025]本發(fā)明采用了碳納米管膜作為柔性復(fù)合導(dǎo)電膜的主體材料，并將石墨烯、聚苯胺等導(dǎo)電材料與之復(fù)合，使導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加暢通，協(xié)同增強(qiáng)了導(dǎo)電性能，制得柔性復(fù)合導(dǎo)電膜。本發(fā)明制備工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，制備得到的導(dǎo)電膜材料具有柔韌性好、電學(xué)性能穩(wěn)定等特點，并且采用涂覆樹脂的方式保護(hù)碳納米管膜，使其不易磨損漏電，提高了材料的電學(xué)安全性和耐久性。此柔性復(fù)合導(dǎo)電膜材料可靈活選擇樹脂，并且可以設(shè)計不同的厚度，還可以對其進(jìn)行裁剪，選擇不同形狀和大小，滿足不同應(yīng)用的需求。
[0026]有益效果
[0027](I)本發(fā)明采用柔性納米導(dǎo)電膜一一碳納米管膜作為復(fù)合導(dǎo)電膜材料主體，電導(dǎo)率可達(dá)0.5*104-1.5*105S/m，具有高導(dǎo)通性，電學(xué)性能穩(wěn)定，比傳統(tǒng)導(dǎo)電材料膜輕薄耐用，可承受拉伸彎折；
[0028](2)本發(fā)明采用導(dǎo)電材料的多重復(fù)合方法，使得形成暢通的空間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同增強(qiáng)材料的導(dǎo)電性；
[0029](3)采用涂覆樹脂的方式保護(hù)碳納米管膜，使其不易磨損漏電，提高了材料的電學(xué)安全性和耐久性；
[0030](4)本發(fā)明制備方法簡單易行，適合產(chǎn)業(yè)化推廣，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0031]圖1為柔性復(fù)合導(dǎo)電膜材料示意圖；其中I為導(dǎo)電復(fù)合膜;2為保護(hù)層樹脂；
[0032]圖2為柔性導(dǎo)電貼膜示意圖；其中，I一導(dǎo)電復(fù)合膜;2—保護(hù)層樹脂;3—雙面膠。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例采用材料為:
[0034](I)選用尺寸為40 X30cm2的碳納米管膜(中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所)，膜厚度為20μπι，孔隙率為75%，拉伸強(qiáng)度為約200MPa，電導(dǎo)率約l*105S/m;
[0035](2)選用2mg/ml的石墨稀懸浮液(紐美泰新材料有限公司)；
[0036](3)聚苯胺原位聚合所選用的苯胺單體(Aldrich化學(xué)試劑公司)在使用前經(jīng)過蒸餾提純；高氯酸(HClO4),過硫酸銨(APS，(NM)2S2O8)均為國藥化學(xué)試劑公司產(chǎn)品，為分析純。
[0037]實施例1
[0038]將一層超薄碳納米管膜浸漬在石墨烯懸浮液中，處理3小時后取出，在室溫下自然晾干，得到碳納米管/石墨烯復(fù)合膜。
[0039]將制得的碳納米管/石墨烯薄膜放入裝有50mL，lmol/LHClO4溶液的反應(yīng)器中，冰浴下進(jìn)行磁力攪拌，加入苯胺單體(10!111]101凡)，攪拌30111；[11后，將4?3(6.7_31凡)溶解在51111^HClO4溶液中并加入到反應(yīng)器中，保持冰浴條件持續(xù)攪拌24h。聚合完成后，取出薄膜并用濃度為0.lmol/L的HClO4溶液沖洗，然后放置于真空干燥箱中，45°C下干燥過夜烘干，得到碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電膜。
[0040]在上述復(fù)合導(dǎo)電膜兩端通過導(dǎo)電銀膠黏附銅絲電極，將PDMS(聚二甲基硅氧烷)液體(道康寧公司DC184)與固化劑按10:1比例混合均勻，涂覆在復(fù)合導(dǎo)電膜I上下表面作為保護(hù)樹脂2，厚度約為0.2mm，使其在80°C下固化10小時，固化結(jié)束后即得到超薄柔性復(fù)合導(dǎo)電膜。
[0041 ]超薄柔性復(fù)合導(dǎo)電膜材料厚度約為0.4mm，導(dǎo)電率達(dá)到105S/m，可以承受彎曲壓縮等變形。該超薄柔性復(fù)合導(dǎo)電膜材料可以作為服裝導(dǎo)電內(nèi)襯或超薄柔性電子器件。
[0042]實施例2
[0043]將一層超薄碳納米管膜浸漬在石墨烯懸浮液中，處理3小時后取出，在室溫下自然晾干，得到碳納米管/石墨烯復(fù)合膜。
[0044]將制得的碳納米管/石墨烯薄膜放入裝有50mL，lmol/LHClO4溶液的反應(yīng)器中，冰浴下進(jìn)行磁力攪拌，加入苯胺單體(10!111]101凡)，攪拌30111；[11后，將4?3(6.7_31凡)溶解在51111^HClO4溶液中并加入到反應(yīng)器中，保持冰浴條件持續(xù)攪拌24h。聚合完成后，取出薄膜并用濃度為0.lmol/L的HClO4溶液沖洗，然后放置于真空干燥箱中，45°C下干燥過夜烘干，得到碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電膜。
[0045]在上述復(fù)合導(dǎo)電膜兩端通過導(dǎo)電銀膠黏附銅絲電極，選用水溶性聚氨酯(拜耳科技有限公司)涂覆在復(fù)合導(dǎo)電膜I的上下表面作為保護(hù)樹脂2，厚度約為0.3mm，使其在60°C下固化12小時，固化結(jié)束后在樹脂膜表面粘附一層透明雙面膠，即制得柔性導(dǎo)電貼膜。
[0046]其中選用厚度為0.5mm的亞克力透明雙面膠3(上海璨興復(fù)合材料有限公司)，尺寸為40X30cm2ο
[0047]該柔性導(dǎo)電貼膜厚度約為I?1.5mm，導(dǎo)電率達(dá)到104S/m。
【主權(quán)項】
1.一種導(dǎo)電復(fù)合膜，其特征在于:所述導(dǎo)電復(fù)合膜包括碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜(I)、保護(hù)層樹脂(2)，其中碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜(I)兩端黏附有電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電復(fù)合膜，其特征在于:所述樹脂為彈性樹脂；電極為導(dǎo)電材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電復(fù)合膜，其特征在于:所述彈性樹脂為聚氨酯、聚二甲基硅氧烷或橡膠;電極為:銅片、銅絲或碳納米管紗線。4.一種導(dǎo)電復(fù)合貼膜，其特征在于:將權(quán)利要求1-3任一所述的導(dǎo)電復(fù)合膜的樹脂表面粘附一層透明雙面膠，得到導(dǎo)電復(fù)合貼膜。5.—種如權(quán)利要求1 -3任一所述的導(dǎo)電復(fù)合膜的制備方法，包括: (1)將一層碳納米管薄膜浸漬在石墨烯懸浮液中，取出后晾干，得到碳納米管/石墨烯復(fù)合膜； (2)在碳納米管/石墨烯復(fù)合膜表面原位生長聚苯胺納米線陣列，得到碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜； (3)上述碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜的兩端黏附電極，并在上下表面涂覆樹脂，固化，即得導(dǎo)電復(fù)合膜。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種導(dǎo)電復(fù)合膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中碳納米管薄膜的具體參數(shù)為:碳納米管直徑為lOnm-lOOnm，薄膜厚度為10μπι-50μπι，孔隙率為35%-75%，拉伸強(qiáng)度為 100MPa-500MPa，電導(dǎo)率為 104-105S/m。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種導(dǎo)電復(fù)合膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中石墨稀懸浮液的濃度為lmg/ml?50mg/ml。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種導(dǎo)電復(fù)合膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中浸漬1-3次，每次浸漬時間為I _5h。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種導(dǎo)電復(fù)合膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中黏附電極為通過導(dǎo)電銀膠黏附電極。10.—種如權(quán)利要求1-3任一所述的導(dǎo)電復(fù)合膜的應(yīng)用，其特征在于:所述導(dǎo)電復(fù)合膜用于紡織品中的導(dǎo)電材料，用作柔性的電子器件。
【文檔編號】H01B13/00GK106024093SQ201610537256
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】許福軍, 孫立軍
【申請人】東華大學(xué)