一种柔性导体及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种柔性导体及其制备方法。

背景技术：
随着电子信息产品及电子器件向着小型化、智能化和可穿戴方向发展，实现微纳电子器件柔性及可延展化，促进人与信息的高效交换已成为一项重要技术。对于柔性可穿戴电子来说，柔性导体在大形变下仍能保持高的电导率，是实现其功能正常运作的重要部分。因此，开发具有大形变下高导电性、高可靠性的柔性导体变得极为重要。石墨烯、碳纳米管、金属纳米颗粒、导电聚合物、金属纳米线作为导电基元的导体材料已成功研究开发。但金属纳米线不仅导电性优良，而且表现很好的柔韧性。相比于金、银纳米线，铜的导电性与银相当，在地壳中的含量是银的1000倍，比银便宜100倍、比金便宜6000倍，使其成为柔性电子领域最具发展潜力的导电基元。为了让柔性导体在各种大的形变下仍具有优异的稳定性，近几年来报道了几种制备柔性导体的方法：(1)通过预应力的方法使导电基元形成扣式的互联结构；(2)制备二维导电网络、织物、蛇形结构；(3)制备三维复合导电材料。相比于二维柔性导体，三维复合柔性导电材料具有低成本、优异的机械稳定性、易于大规模制备的优点，在柔性导体领域倍受科学家们的青睐。2002年康涅狄格大学Shenoy等采用无溶剂的方法使碘蒸气原位聚合聚氨酯泡沫内吸附的Py制备得到PU/PPy复合弹性导体，制备的复合弹性导体的电导率在10-1-10-7S/cm的范围内可调。2010年韩国汉阳大学Shin等采用化学气相沉积(CVD)的方法在涂有铁系催化剂的硅晶圆上垂直生长多壁碳纳米管阵列(MWNTforests)，然后将聚氨酯溶液渗入多壁碳纳米管阵列形成三维互联网络得到MWNT/PU复合导电材料。2011年中科院金属研究所Chen等利用模板诱导化学气相沉积(CVD)的方法在泡沫镍上生长石墨烯，然后在石墨烯表面沉积聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，接着刻蚀掉泡沫镍模板，溶解掉PMMA，最后在石墨烯泡沫(GF)中填入聚合物制备得到GF/PDMS复合柔性导体。2014年香港理工大学Yu等采用化学镀沉积的方法在商业聚氨酯海绵上沉积了一层金属薄膜(Cu,Ag,Au)，然后填入聚合物得到三维弹性导电复合材料。2013年莫纳什大学Cheng课题组在铜纳米线中加入少量聚乙烯醇(PVA)，然后冷冻干燥制备得到CuNW-PVA复合气凝胶，再在气凝胶中填入聚合物得到导电复合弹性体。但目前，柔性导体在形变时电阻不稳定、电导率低、机械性能差。

技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点和不足，本发明一方面提供一种柔性导体，该柔性导体解决了在形变时电阻不稳定、电导率低、机械性能差的问题。一种柔性导体，包括聚氨酯海绵层，所述聚氨酯海绵层上由内至外设有PEDOT层和铜纳米线层。PEDOT为聚(3,4-乙撑二氧噻吩)，本发明以聚氨酯海绵为模板，通过层层组装，先在聚氨酯海面上原位聚合一层导电聚合物聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)，然后通过简单的浸润过程吸附铜纳米线，形成双重导电网络。在聚氨酯海绵上原位聚合PEDOT(不含PSS)能大大提高导电聚合物的导电性，吸附铜纳米线之后导电性能进一步提高，且成本低。本发明另一方面提供了上述柔性导体的制备方法，该制备方法解决了柔性导体工艺复杂和制备出的柔性导体电性能和机械性能偏低的问题。本发明的目的通过以下技术方案实现。一种柔性导体的制备方法，包括如下步骤：(1)将超纯水和乙醇置于容器中，混合后加入EDOT，进行超声和第一次搅拌，得到混合液A，将聚氨酯海绵浸入所述混合液A中，加入过硫酸铵，进行第二次搅拌，得到PUS/PEDOT复合材料；(2)将铜纳米线分散在乙醇中，进行超声，得到铜纳米线分散液，将所述PUS/PEDOT复合材料浸入所述铜纳米分散液中，取出烘干，得到PUS/PEDOT/CuNWs复合材料；(3)将所述PUS/PEDOT/CuNWs复合材料进行铜纳米线氧化层的处理和填入聚合物，制得PUS/PEDOT/CuNWs/PDMS复合柔性导体。本发明先在聚氨酯海面上原位聚合一层导电聚合物聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)，然后通过简单的浸润过程吸附铜纳米线，形成双重导电网络。在聚氨酯海绵上原位聚合PEDOT(不含PSS)能大大提高导电聚合物的导电性，吸附铜纳米线之后导电性能进一步提高，且成本低。其中，所述步骤(1)中超纯水和乙醇的质量为1:0.2～5，优选1:0.5～2；可以为1:0.2、1:0.5、1:1、1:1.2、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5和1:5等。优选地，所述步骤(1)中超声时间为2～30min，优选10min；可以为2min、5min、8min、10min、12min、15min、18min、20min、25min、28min、30min等。优选地，所述步...