一种具有分形导电通路的石墨复合板的制作方法
【专利摘要】本实用新型专利公开了一种具有分形导电通路的石墨复合板。该石墨复合板由绝缘有机物和导电石墨组成，包括n层单元，每一层单元以绝缘有机物作为薄膜基材，其上不同位置的区域嵌入石墨导电颗粒，以形成多个导电区域；相邻层之间的导电区域相互重叠，在空间上构成多条分形结构的导电通路。该石墨复合板具有分形结构，能够形成多条有效的导电通道，导电区域的形状为大小不同的工字形、方形或圆形，相邻层层板单元上的导电区域的形状、大小可以互换。为探究石墨复合板的导电机理提供了一种新技术。
【专利说明】 一种具有分形导电通路的石墨复合板
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石墨复合板，属于石墨导电高分子复合材料的【技术领域】，具体是一种具有分形导电通路的石墨复合板。
【背景技术】
[0002]导电高分子复合材料是由绝缘的有机高分子材料和导电填料以一定的复合方式制成的一种功能高分子复合材料，具有较广的用途。根据隧道导电理论，导电填料分布在绝缘有机物高分子基体中，形成导电通路，然后载流子沿着导电通路迁移产生电流，但只有当导电填料颗粒之间的间距等于或小于1nm时，载流子才能够快速的实现跳变迁移、产生电流。
[0003]目前，大多数研究者采用干混法或湿混法将导电颗粒和高分子基材混合，然后采用注射、模压或挤出制备导电高分子复合板材。在这些制备方法中，导电颗粒无规则、杂乱无章的分布在绝缘有机物基体内，具有不可控性，是一种自发组织形成导电通路的过程，很难形成有效的导电网络，为了满足导电高分子复合材料的导电性要求，就需要增加掺杂导电颗粒的数量。然而，由于导电颗粒含量的增加，其在有机物基体内的聚集效应变得更加明显，原来分布的小裂纹源就会聚集在一起形成大的裂纹网络，使导电高分子复合材料的机械性能下降，影响其综合使用性能。
[0004]石墨呈片状结构，具有良好的导电性和较强的耐腐蚀性，特别是纳米石墨片具有较大的径厚比，与其它导电掺杂颗粒相比，在更小含量下就可以形成导电通路使绝缘有机物导电，即具有更小的渗透阀值。随着工程材料的发展，人们迫切需要一种耐腐蚀性强、导电率高、机械性能优异的石墨复合材料，但石墨密度小、质量轻，传统的设计、制造方法难以实现以上目标，在一定程度上限制了其发展，因此，亟需一种新的设计、制造理念。
[0005]分形是在1975年由法国数学家B.Mandelbrot最早提出，分形结构体具有不管结构的任何部分均呈现与整体的结构相似型态的所谓自我相似性的特征。根据微结构模型导电理论，导电高分子复合材料体系中的导电网络在结构上具有自相似性，可以视为分形结构，如果能够将石墨导电颗粒集中在一起，从宏观角度入手控制石墨复合导电通路的形成方式，制备具有特定分形结构的导电通路，对探寻最佳导电结构的石墨/有机物板材具有重要意义。
[0006]随着现代制造技术的不断发展，层层叠加成形的技术能够制造出复杂结构的器件，实现传统的制造方法如模压、挤出成型所不能制造的复杂形状，这为制造具有分形结构的石墨复合板材提供可能。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的针对目前在高导电石墨含量的条件下，难以同时获取优异导电性和机械强度的复合板材，提出了一种具有分形导电通路的石墨复合板。
[0008]本实用新型是这样实现上述目的的:
[0009]一种石墨复合板，该石墨复合板由η层层板单元组成，层板单元上设置有导电区域，相邻层层板单元上的导电区域部分重叠，在空间上形成分形结构的导电通路，所述的为η大于等于3的奇数，所述的分形结构的导电通路为对称分布，所述导电区域的形状为大小不同的工字形、方形或圆形，相邻层层板单元上的导电区域的形状、大小可以互换，所述的层板单元被中间的一层层板单元分为两侧，每一侧的层板单元中，相邻层层板单元及层板单元上的导电区域的面积相等，且，下一层导电区域的个数是上一层导电区域的个数的4倍或1/4倍。
[0010]所述的分形导电通路为工字形、Y字形或V字形。
[0011]所述的层板单元(I)为有机物薄膜，导电区域(2)为导电石墨，有机物薄膜上嵌有导电石墨，有机物薄膜为酚醛树脂、环氧树脂或聚氯乙烯，导电石墨为鳞片石墨片、纳米石墨片的一种或2种。
[0012]采用实用新型技术方案具有如下优异效果:
[0013](I)所述的石墨复合板由η层板单元组成，能实现快速制备，有利于大批量制造。
[0014](2)所述的石墨复合板具有分形结构，可以形成多条有效的导电通路，未嵌入石墨片的有机物基材形成三维支撑骨架，可以协调石墨复合板难以同时获得高的导电率和机械强度的问题。
[0015](3)所述的每一层板单元的导电区域具有不同的形状，空间分形结构也具有可变性，为探究石墨复合板的导电机理提供了一种新技术。
[0016]说明书附图
[0017]图1为实施例1的石墨复合板示意图，其中，1.层板单元非导电区，2.导电区域，
3.第3层或第1、5层层板单元，4.第4层层板单元，5.第1、5层或第3层层板单元。
[0018]图2为实施例1的变形结构的石墨复合板示意图，其中1'.第I层层板单元，2’.第2层层板单元，3’.第3层层板单元，4’.第4层层板单元，5’.第5层层板单元。
[0019]图3为实施例1的另一变形结构的石墨复合板示意图，其中1'.第I层层板单元，2".第2层层板单元，3".第3层层板单元，4".第4层层板单元，5".第5层层板单元。
【具体实施方式】
[0020]实施例1
[0021]一种石墨复合板，该石墨复合板由5层层板单元组成，层板单元I上设置有导电区域2，相邻层层板单元I上的导电区域2部分重叠，在空间上形成分形结构的导电通路，所述的分形导电通路为工字形。所述的分形结构的导电通路为对称分布，所述导电区域2的形状为大小不同的工字形，相邻层层板单元I上的导电区域2的形状、大小可以互换，所述的层板单元I被中间的一层层板单元I分为两侧，每一侧的层板单元I中，相邻层层板单元I及层板单元I上的导电区域2的面积均相等，且，下一层导电区域2的个数是上一层导电区域2的个数的4倍或1/4倍。
[0022]所述的层板单元I为酚醛树脂，导电区域2为鳞片石墨片。
[0023]图1是一种具有5层对称分形结构导电通路的石墨复合板示意图。图1a中的4、16,64个不同面积的工字形导电区域处在不同的层，即，图中所示的3为第3层或第1、5层层板单元，图中所示的4为第4层层板单元，图中所示的5为第1、5层或第3层层板单元。图2中是4个大面积工字形导电区域在中间层，64个小面积工字形导电区域分布在对称的表层，即，I’为第I层层板单元，2’为第2层层板单元，3’为第3层层板单元，4’为第4层层板单元，5’.为第5层层板单元。图3中是64个小面积工字形导电区域在中间层，4个大面积工字形导电区域分布在对称的表层，即，1〃为第I层层板单元，2〃为第2层层板单元，3"为第3层层板单元，4"为第4层层板单元，5"为第5层层板单元。具有可变性。
[0024]实施例2
[0025]一种石墨复合板，该石墨复合板由9层层板单元组成，层板单元I上设置有导电区域2，相邻层层板单元I上的导电区域2部分重叠，在空间上形成分形结构的导电通路，所述的分形导电通路为Y字形。所述的分形结构的导电通路为对称分布，所述导电区域2的形状为大小不同的圆形，相邻层层板单元I上的导电区域2的形状、大小可以互换，所述的层板单元I被中间的一层层板单元I分为两侧，每一侧的层板单元I中，相邻层层板单元I及层板单元I上的导电区域2的面积均相等，且，下一层导电区域2的个数是上一层导电区域2的个数的4倍或1/4倍。
[0026]所述的层板单元I为环氧树脂，导电区域2为纳米石墨片。
[0027]实施例3
[0028]一种石墨复合板，该石墨复合板由13层层板单元组成，层板单元I上设置有导电区域2，相邻层层板单元I上的导电区域2部分重叠，在空间上形成分形结构的导电通路，所述的分形导电通路为V字形。所述的分形结构的导电通路为对称分布，所述导电区域2的形状为大小不同的方形，相邻层层板单元I上的导电区域2的形状、大小可以互换，所述的层板单元I被中间的一层层板单元I分为两侧，每一侧的层板单元I中，相邻层层板单元I及层板单元I上的导电区域2的面积均相等，且，下一层导电区域2的个数是上一层导电区域2的个数的4倍或1/4倍。
[0029]所述的层板单元I为聚氯乙烯，导电区域2为纳米石墨片和鳞片石墨片。
【权利要求】
1.一种具有分形导电通路的石墨复合板，其特征在于:该石墨复合板由η层层板单元(I)组成，层板单元(I)上设置有导电区域(2)，相邻层层板单元(I)上的导电区域(2)部分重叠，在空间上形成分形结构的导电通路。
2.根据权利要求1所述的石墨复合板，其特征在于:所述的η为大于等于3的奇数。
3.根据权利要求1所述的石墨复合板，其特征在于:所述的分形结构的导电通路为对称分布。
4.根据权利要求1所述的石墨复合板，其特征在于:所述导电区域(2)的形状为大小不同的工字形、方形或圆形，相邻层层板单元(I)上的导电区域(2)的形状、大小可以互换。
5.根据权利要求1所述的石墨复合板，其特征在于:所述的层板单元(I)被中间的一层层板单元(I)分为两侧，每一侧的层板单元(I)中，相邻层层板单元(I)及层板单元(I)上的导电区域(2)的面积均相等，且，下一层导电区域的个数是上一层导电区域的个数的4倍或1/4倍。
6.根据权利要求1所述的石墨复合板，其特征在于:所述的分形结构的导电通路为工字形、Y字形或V字形。
7.根据权利要求1所述的石墨复合板，其特征在于:所述的层板单元(I)为有机物薄膜，导电区域(2)为导电石墨，有机物薄膜上嵌有导电石墨，有机物薄膜为酚醛树脂、环氧树脂或聚氯乙烯，导电石墨为鳞片石墨片、纳米石墨片的一种或2种。
【文档编号】H01B1/12GK203858874SQ201420239193
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】吴海华, 黄川 , 李厅, 熊盼, 郭辉 申请人:三峡大学