一种导电复合膜及其制备和应用
【专利摘要】本发明涉及一种导电复合膜及其制备和应用，导电复合膜包括碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合膜，其中复合膜上下表面负载树脂，两端黏附有电极。将一层碳纳米管薄膜浸渍在石墨烯悬浮液中，取出后晾干，得到碳纳米管/石墨烯复合膜；在碳纳米管/石墨烯复合膜表面原位生长聚苯胺纳米线阵列，得到碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合膜；上述碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合膜的两端黏附电极，并在上下表面涂覆树脂，固化，即得。柔性导电膜可以用于智能纺织品中的导电材料，还可以用作柔性的电子器件。本发明所制备的导电膜材料导电性好，可达103S/m?105S/m，同时可承受一定弯曲和压缩变形。
【专利说明】
一种导电复合膜及其制备和应用
技术领域
[0001]本发明属于复合膜材料及其制备和应用领域，特别涉及一种导电复合膜及其制备和应用。
【背景技术】
[0002]传统的导电材料一般都是金属材料，但近年来，随着科学技术的发展进步，一些非金属的导电材料发展迅猛，并在电子电力、通信、能源等领域得到广泛应用。此外，随着电子器件轻薄化方向发展，以及智能可穿戴导电材料的需求，传统的刚性电子器件已经越来越无法满足现代电子产业的需要，而导电膜因其比较轻薄，在市场上的应用越来越广泛。但目前的导电膜一般都是在玻璃，陶瓷等硬质基材上制备的，基材本身存在质脆、弹性差，不易变形等缺点，因而制备得到的导电膜柔韧性差，不耐弯折压缩，可穿戴性能差，而且大多采用导电填料或镀膜涂层等方式，制备过程比较复杂，从而大大限制了其应用。因此，现在迫切需要研发一种具有柔韧性，可以承受弯曲变形，可穿戴的导电膜材料。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种导电复合膜及其制备和应用，本发明所制备的导电膜材料导电性好，可达到103S/m-105S/m，同时可承受一定弯曲和压缩变形。该柔性导电膜可以用于智能纺织品中的导电材料，还可以用作柔性的电子器件，在智能材料领域具有广泛的应用。
[0004]本发明的一种导电复合膜，所述导电复合膜包括碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合膜⑴、保
[0005]护层树脂(2)，其中碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合膜(I)两端黏附有电极，膜厚可根据需
[0006]要控制在0.4mm ~1.5mm，优选为0.6mm。
[0007]所述树脂为弹性树脂;电极为导电纤维等导电材料。
[0008]所述弹性树脂为聚氨酯、聚二甲基硅氧烷或橡胶；电极为:铜片、铜丝或碳纳米管纱线电极。
[0009]
[0010]本发明的一种导电复合贴膜，将导电复合膜的树脂表面粘附一层透明双面胶，得到导电复
[0011]合贴膜。
[0012]本发明的一种导电复合膜的制备方法，包括:
[0013](I)将一层碳纳米管薄膜浸渍在石墨烯悬浮液中，取出后室温下自然晾干，得到碳纳米管/石墨烯复合膜；
[0014](2)在碳纳米管/石墨烯复合膜表面原位生长聚苯胺纳米线阵列，得到碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合膜；
[0015](3)上述碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合膜的两端黏附电极，并在上下表面涂覆具有保护作用的树脂，涂覆厚度可根据需要选择，也可以直接粘合相应的薄膜类材料，固化，即得导电复合膜。
[0016]所述步骤(I)中碳纳米管薄膜的具体参数为:碳纳米管直径为lOnm-lOOnm，薄膜厚度为10μπι-50μπι，孔隙率为35%-75%，拉伸强度为100MPa-500MPa，电导率为104-105S/m。
[0017]碳纳米管薄膜可由单壁或多壁碳纳米管制得。
[0018]所述步骤(I)中石墨稀悬浮液的浓度为lmg/ml?50mg/ml。
[0019]所述步骤(I)中浸渍1-3次，每次浸渍时间为l_5h。
[0020]所述步骤(2)中在碳纳米管/石墨烯复合膜表面原位生长聚苯胺纳米线阵列为采用稀溶液聚合法制备，具体为:
[0021]将制得的碳纳米管/石墨烯薄膜放入装有HClO4溶液(浓度为lmol/L)的反应器中，冰浴下进行磁力搅拌，加入苯胺单体(10臟01凡)，搅拌10-30111；[11后，将4?3(6.71111]101凡)溶解在HClO4溶液中并加入到反应器中，保持冰浴条件持续搅拌12-24h，聚合完成后，取出薄膜并用HClO4溶液(浓度为0.lmol/L)冲洗，然后放置于真空干燥箱中，45°C下干燥过夜烘干，得到碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合导电膜。
[0022]所述步骤(3)中黏附电极为通过导电银胶黏附电极，即电极材料通过导电银胶与柔性导电膜材料相连。
[0023]所述步骤(3)中固化参数(如固化时间、温度等条件)由所选择的树脂决定，一般为温度:25 °C -150 °C，时间:0.5h-24h。
[0024]本发明的一种导电复合膜的应用，所述导电复合膜用于纺织品中的导电材料，用作柔性的电子器件。
[0025]本发明采用了碳纳米管膜作为柔性复合导电膜的主体材料，并将石墨烯、聚苯胺等导电材料与之复合，使导电网络更加畅通，协同增强了导电性能，制得柔性复合导电膜。本发明制备工艺简单，适合工业化生产，制备得到的导电膜材料具有柔韧性好、电学性能稳定等特点，并且采用涂覆树脂的方式保护碳纳米管膜，使其不易磨损漏电，提高了材料的电学安全性和耐久性。此柔性复合导电膜材料可灵活选择树脂，并且可以设计不同的厚度，还可以对其进行裁剪，选择不同形状和大小，满足不同应用的需求。
[0026]有益效果
[0027](I)本发明采用柔性纳米导电膜一一碳纳米管膜作为复合导电膜材料主体，电导率可达0.5*104-1.5*105S/m，具有高导通性，电学性能稳定，比传统导电材料膜轻薄耐用，可承受拉伸弯折；
[0028](2)本发明采用导电材料的多重复合方法，使得形成畅通的空间导电网络，协同增强材料的导电性；
[0029](3)采用涂覆树脂的方式保护碳纳米管膜，使其不易磨损漏电，提高了材料的电学安全性和耐久性；
[0030](4)本发明制备方法简单易行，适合产业化推广，具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0031]图1为柔性复合导电膜材料示意图；其中I为导电复合膜;2为保护层树脂；
[0032]图2为柔性导电贴膜示意图；其中，I一导电复合膜;2—保护层树脂;3—双面胶。
【具体实施方式】
[0033]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例采用材料为:
[0034](I)选用尺寸为40 X30cm2的碳纳米管膜(中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所)，膜厚度为20μπι，孔隙率为75%，拉伸强度为约200MPa，电导率约l*105S/m;
[0035](2)选用2mg/ml的石墨稀悬浮液(纽美泰新材料有限公司)；
[0036](3)聚苯胺原位聚合所选用的苯胺单体(Aldrich化学试剂公司)在使用前经过蒸馏提纯；高氯酸(HClO4),过硫酸铵(APS，(NM)2S2O8)均为国药化学试剂公司产品，为分析纯。
[0037]实施例1
[0038]将一层超薄碳纳米管膜浸渍在石墨烯悬浮液中，处理3小时后取出，在室温下自然晾干，得到碳纳米管/石墨烯复合膜。
[0039]将制得的碳纳米管/石墨烯薄膜放入装有50mL，lmol/LHClO4溶液的反应器中，冰浴下进行磁力搅拌，加入苯胺单体(10!111]101凡)，搅拌30111；[11后，将4?3(6.7_31凡)溶解在51111^HClO4溶液中并加入到反应器中，保持冰浴条件持续搅拌24h。聚合完成后，取出薄膜并用浓度为0.lmol/L的HClO4溶液冲洗，然后放置于真空干燥箱中，45°C下干燥过夜烘干，得到碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合导电膜。
[0040]在上述复合导电膜两端通过导电银胶黏附铜丝电极，将PDMS(聚二甲基硅氧烷)液体(道康宁公司DC184)与固化剂按10:1比例混合均匀，涂覆在复合导电膜I上下表面作为保护树脂2，厚度约为0.2mm，使其在80°C下固化10小时，固化结束后即得到超薄柔性复合导电膜。
[0041 ]超薄柔性复合导电膜材料厚度约为0.4mm，导电率达到105S/m，可以承受弯曲压缩等变形。该超薄柔性复合导电膜材料可以作为服装导电内衬或超薄柔性电子器件。
[0042]实施例2
[0043]将一层超薄碳纳米管膜浸渍在石墨烯悬浮液中，处理3小时后取出，在室温下自然晾干，得到碳纳米管/石墨烯复合膜。
[0044]将制得的碳纳米管/石墨烯薄膜放入装有50mL，lmol/LHClO4溶液的反应器中，冰浴下进行磁力搅拌，加入苯胺单体(10!111]101凡)，搅拌30111；[11后，将4?3(6.7_31凡)溶解在51111^HClO4溶液中并加入到反应器中，保持冰浴条件持续搅拌24h。聚合完成后，取出薄膜并用浓度为0.lmol/L的HClO4溶液冲洗，然后放置于真空干燥箱中，45°C下干燥过夜烘干，得到碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合导电膜。
[0045]在上述复合导电膜两端通过导电银胶黏附铜丝电极，选用水溶性聚氨酯(拜耳科技有限公司)涂覆在复合导电膜I的上下表面作为保护树脂2，厚度约为0.3mm，使其在60°C下固化12小时，固化结束后在树脂膜表面粘附一层透明双面胶，即制得柔性导电贴膜。
[0046]其中选用厚度为0.5mm的亚克力透明双面胶3(上海璨兴复合材料有限公司)，尺寸为40X30cm2ο
[0047]该柔性导电贴膜厚度约为I?1.5mm，导电率达到104S/m。
【主权项】
1.一种导电复合膜，其特征在于:所述导电复合膜包括碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合膜(I)、保护层树脂(2)，其中碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合膜(I)两端黏附有电极。2.根据权利要求1所述的一种导电复合膜，其特征在于:所述树脂为弹性树脂；电极为导电材料。3.根据权利要求2所述的一种导电复合膜，其特征在于:所述弹性树脂为聚氨酯、聚二甲基硅氧烷或橡胶;电极为:铜片、铜丝或碳纳米管纱线。4.一种导电复合贴膜，其特征在于:将权利要求1-3任一所述的导电复合膜的树脂表面粘附一层透明双面胶，得到导电复合贴膜。5.—种如权利要求1 -3任一所述的导电复合膜的制备方法，包括: (1)将一层碳纳米管薄膜浸渍在石墨烯悬浮液中，取出后晾干，得到碳纳米管/石墨烯复合膜； (2)在碳纳米管/石墨烯复合膜表面原位生长聚苯胺纳米线阵列，得到碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合膜； (3)上述碳纳米管/石墨烯/聚苯胺复合膜的两端黏附电极，并在上下表面涂覆树脂，固化，即得导电复合膜。6.根据权利要求5所述的一种导电复合膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中碳纳米管薄膜的具体参数为:碳纳米管直径为lOnm-lOOnm，薄膜厚度为10μπι-50μπι，孔隙率为35%-75%，拉伸强度为 100MPa-500MPa，电导率为 104-105S/m。7.根据权利要求5所述的一种导电复合膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中石墨稀悬浮液的浓度为lmg/ml?50mg/ml。8.根据权利要求5所述的一种导电复合膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中浸渍1-3次，每次浸渍时间为I _5h。9.根据权利要求5所述的一种导电复合膜的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中黏附电极为通过导电银胶黏附电极。10.—种如权利要求1-3任一所述的导电复合膜的应用，其特征在于:所述导电复合膜用于纺织品中的导电材料，用作柔性的电子器件。
【文档编号】H01B13/00GK106024093SQ201610537256
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】许福军, 孙立军
【申请人】东华大学