一种可拉伸的导电复合材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及弹性导电复合材料领域，具体涉及一种可拉伸的导电复合材料及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的快速发展，一些新兴领域如可卷曲显示器、多功能电子眼、柔性电子器件、多功能传感器等对导电材料提出了可弯曲可拉伸的性能要求。将弹性聚合物的形变能力和金属纳米等导电材料的导电性能相结合的聚合物基复合材料，由于其易制备、质轻等特点引起广泛的关注。弹性聚合物可以发生形变，而金属纳米材料、碳纳米管等导电纳米材料具有高导电性但不具备形变能力，因而要制备弹性导电材料，需将弹性聚合物和导电纳米材料进行复合。制备这种复合材料最关键的是导电纳米材料在聚合物中的分散方式，以使该复合材料在拉伸弯曲等形变的情况下依然能够保持导电通路。
[0003]据空松网格结构的材料由于其特殊的结构可以实现其在拉伸、弯曲等形变情况下，各个部分的连接完整。正是基于此，很多研究报道了利用碳纳米管、石墨烯等有序排列形成可形变的网格然后负载于弹性聚合物中，形成性能优异的柔性材料。但其大部分的制备过程都需要特殊的条件以实现导电纳米材料在聚合物中的有序排列，从而形成所需的网格结构。因此，制备过程比较复杂，且成本较高。
【发明内容】
[0004][要解决的技术问题]
[0005]本发明的目的是解决上述现有技术的问题，提出一种可拉伸的导电复合材料及其制备方法与应用。本发明制备的可拉伸的导电复合材料在一定形变下多次循环作用后依然保持优异的导电性。并且本发明的导电材料可用于包括弯曲显示屏、柔性传感器、可穿戴电子设备等领域。
[0006][技术方案]
[0007]为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案:
[0008]本发明利用棉花的网格结构，通过选择合适形状棉花，然后负载银纳米线形成银纳米线网络结构，再通过负载于PDMS中，制备出性能优异的可拉伸的导电复合材料。
[0009]—种可拉伸的导电复合材料，它是通过棉花负载银纳米线后，用PDMS包裹起来形成的能够拉伸的导电复合材料。
[0010]本发明的一个优选实施方案，所述棉花为蓬松的去脂棉，其密度< 0.07g/cm3。
[0011]本发明另一个优选实施方案，所述银纳米线为棒状，其直径多8 μm。
[0012]—种上述的可拉伸的导电复合材料的制备方法，它包括以下步骤:
[0013]A，银纳米线溶液的制备
[0014]首先，将银纳米线溶于乙醇或异丙醇中，得到浓度为4?20mg/mL的银纳米线溶液；
[0015]B，负载银纳米线的棉花的制备
[0016]取棉花，浸润到步骤A制得的银纳米线溶液中，然后取出，在温度为70?100°C的烘箱中干燥5?30min ；
[0017]此步骤重复I?5次，得到所述的负载银纳米线的棉花；
[0018]C，可拉伸的导电复合材料的制备
[0019]将步骤B得到的负载银纳米线的棉花放入模具中，然后将PDMS预聚体倒入模具后，模具放入真空烘箱30?lOOmin，然后将模具放入温度为50?120°C的烘箱中后反应I?5h，得到所述的可拉伸的导电复合材料。
[0020]本发明更进一步的技术方案，在步骤A中，所述银纳米线溶液的制备步骤如下:
[0021]首先，取PVP加入到丙三醇中，加热至90°C，直至PVP完全溶解；然后，降温至50°C后，依次加入硝酸银、丙三醇、氯化钠、水，搅拌并同时快速加热至210°C ;停止加热，将得到的混合溶液倒入烧杯中，添加与混合溶液体积比为0.8:1?1.2:1的去离子水，搅拌均匀，静置一个星期后，去除上层清夜，获得的底层银纳米线清洗后得到所述的银纳米线溶液。
[0022]本发明更进一步的技术方案，在步骤B中，所述棉花在浸润到银纳米线溶液中前，将棉花取块状、片状或条状。
[0023]本发明更进一步的技术方案，在步骤C中，所述PDMS预聚体是由二甲基硅氧烷预聚体与固化剂按质量比10:1混合均匀制成；所述固化剂为八甲基环四硅氧烷。
[0024]—种如上所述的可拉伸的导电复合材料用作导线。
[0025]下面将详细地说明本发明。
[0026]—种可拉伸的导电复合材料，它是通过棉花负载银纳米线后，用PDMS包裹起来形成的可拉伸的导电复合材料。
[0027]本发明的一个优选实施方案，所述棉花为蓬松的去脂棉，其密度< 0.07g/cm3。
[0028]棉花纤维，是一种常见且便宜的材料，在空气中自然而然的形成蓬松的网络结构，具备制备弹性导电复合材料的首要条件。将其与导电纳米材料复合后可用于制备新型的弹性复合材料。
[0029]本发明使用的棉花蓬松度越高，负载的银纳米线越多，制备得到的可拉伸复合材料导电性越好、可拉伸性越好。
[0030]本发明利用棉花的网络结构，克服了单纯利用银纳米线制备复合材料中的团聚，分散不均等问题；同时利用其网络结构优化了复合材料中的导电结构，提高其拉伸情况下的导电性能。
[0031]本发明另一个优选实施方案，所述银纳米线为棒状，其直径多8 μm。
[0032]棉花纤维上负载的银纳米线AgNWs层密且均匀，其形成弹性复合材料中的导电通路，能够有效降低其电阻，提高其导电率。所述银纳米线越长越好。
[0033]基于棉花的网络结构银纳米线负载后形成可拉伸弯曲等形变的导电网络。银纳米线和棉花浸润性良好。
[0034]—种上述的可拉伸的导电复合材料的制备方法，它包括以下步骤:
[0035]A，银纳米线溶液的制备
[0036]首先，将银纳米线溶于乙醇或异丙醇中，得到浓度为4?20mg/mL的银纳米线溶液；
[0037]只有在上述浓度的银纳米线溶液中进行可拉伸的导电复合材料的制备，才能获得密且均匀的银纳米线层。
[0038]B，负载银纳米线的棉花的制备
[0039]取棉花，浸润到步骤A制得的银纳米线溶液中，然后取出，在温度为70?100°C的烘箱中干燥5?30min ；
[0040]此步骤重复I?5次，得到所述的负载银纳米线的棉花；
[0041]多次重复是为了增加棉花纤维上的银纳米线层密度和均匀度，使其负载更多的银纳米线，以获得导电率更高的复合材料。
[0042]C，可拉伸的导电复合材料的制备
[0043]将步骤B得到的负载银纳米线的棉花放入模具中，然后将PDMS预聚体倒入模具后，模具放入真空烘箱30?lOOmin，然后将模具放入温度为50?120°C的烘箱中后反应I?5h，得到所述的可拉伸的导电复合材料。
[0044]本发明更进一步的技术方案，在步骤A中，所述银纳米线溶液的制备步骤如下:
[0045]首先，取PVP加入到丙三醇中，加热至90°C，直至PVP完全溶解；然后，降温至50°C后，依次加入硝酸银、丙三醇、氯化钠、水，搅拌并同时快速加热至210°C ;停止加热，将得到的混合溶液倒入烧杯中，添加与混合溶液体积比为0.8:1?1.2:1的去离子水，搅拌均匀，静置一个星期后，去除上层清液，获得底层银纳米线清洗后得到所述的银纳米线溶液。
[0046]本发明所述的银纳米线溶液的制备方法中加入的各种试剂是按得到的银纳米线溶液的浓度进行相应的配制的。
[0047]本发明更进一步的技术方案，在步骤B中，所述棉花在浸润到银纳米线溶液中前，将棉花取块状、片状或条状。
[0048]本发明更进一步的技术方案，在步骤C中，所述PDMS预聚体是由二甲基硅氧烷预聚体与固化剂按质量比10:1混合均匀制成；所述固化剂为八甲基环四硅氧烷。
[0049]—种如上所述的可拉伸的导电复合材料用作导线。本发明制备可拉伸的导电复合材料在封闭的导电通路中，在其弯曲、拉伸等形变情况下能保证通路的灯泡亮度，证明其拉伸导电性能。该材料可在50%形变下循环100次而保持良好的导电