一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料、制备方法及其应用与流程

本发明涉及碳基电阻浆料以及位移传感器，尤其是一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料、制备方法及其应用。

背景技术：

1、目前，尽管接触式位移传感器具有准确性高、可靠性好、干扰因素低等优点，但是，实际测试过程中电刷与电阻片表面发生接触，所以测试数据的精度和准确性受到电阻片表面形貌的影响。其中，对于碳基导电塑料角度位移传感器来说，核心元件碳基电阻膜主要由导电碳材料和聚合物粘结剂构成。受限于聚合物粘结剂与导电碳材料的兼容性较低的缺点，碳基电阻膜表面易形成分布式微米级聚合物团聚体。这些团聚体会造成电刷在碳基电阻膜表面运行过程中产生噪音信号，甚至可以粘结在电刷表面而造成测试失灵。同时，碳基电阻膜表面聚合物团聚体的密度与制备碳基电阻膜所用的碳基电阻浆料存放时间成正比。由此可见，提高导电碳材料与聚合物粘结剂的适配性可以排除碳基电阻膜制备过程中产生聚合物团聚体的影响。

2、需要说明的是，电阻浆料是由树脂粘结剂、导电填料、溶剂和助剂等构成，经高速搅拌、辊轧制成的一种混合均匀的浆状复合材料。对于碳基电阻浆料来说，树脂粘结剂包括：不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨树脂、乙烯酸树脂、丁腈树脂、氰酸酯树脂等；导电填料包括：碳纳米管、石墨烯、石墨、碳纤维、富勒烯、无定形碳等；助剂包括：偶联剂、分散剂、引发剂等。导电碳黑具有粒径小、比表面积大、表面洁净、成本低等优点，而广泛用于碳基电阻浆料的导电填料。然而，导电碳黑与树脂粘结剂的兼容性较低，这限制了导电碳黑在电阻浆料中的良好分散。

3、另外，偶联剂可以改善树脂粘结剂与无机导电填充剂的相互作用。偶联剂的分子结构中，一部分是亲水基团，通过甲氧基、乙氧基等官能团与无机材料表面键合；另一部分是亲油基团，通过乙烯基、环氧基、氨基等官能团与有机材料表面键合。导电碳黑表面分布着酚基、羰基、醌基等含氧基团，这些官能团可以与硅烷偶联剂脱水缩合成键。然而，导电碳黑表面的官能团数量较低，这限制了偶联剂提高树脂粘结剂与无机导电填充剂的相互作用。

4、因此，急需要提出一种工艺简单、制备可靠的用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料、制备方法及其应用。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料、制备方法及其应用，本发明采用的技术方案如下：

2、第一部分，本技术提供了一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料，其采用原子层沉积和紫外辐射工艺在导电碳黑的表面沉积一层金属氧化物；所述金属氧化物为氧化锌、氧化镍、氧化钴、氧化钛、氧化铝中的至少一种。

3、第二部分，本技术提供了一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料的制备方法，其包括以下步骤：

4、步骤s1，对导电碳黑进行真空干燥脱水，备用；

5、步骤s2，将干燥脱水后的导电碳黑置于原子层沉积腔体内，并进行抽真空和加热处理；

6、步骤s3，向原子层沉积腔体内通入冲洗物；

7、步骤s4，向原子层沉积腔体内通入前驱物；

8、步骤s5，重复步骤s3至s4；重复次数为100～500；

9、步骤s6，向原子层沉积腔体内加入冲洗物，待原子层沉积腔体至常温常压，取出包裹有金属氧化物的导电碳黑；

10、步骤s7，将包裹有金属氧化物的导电碳黑置于反应腔内，通入氧气置换反应腔内原有的空气；

11、步骤s8，采用紫外辐射进行臭氧处理；最终得到呈核壳结构的导电碳黑材料；所述核壳结构的核为导电碳黑；所述核壳结构的壳为金属氧化物。

12、第三部分，本技术提供了一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料在碳基电阻浆料中应用。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、(1)本发明利用原子层沉积技术有效地将导电碳黑材料的表面包覆一层金属氧化物，该过程的优点在于金属氧化物种类多样、包覆层厚度可控、制备工艺温和，该工艺环节制备的核壳结构材料具有内部核部分导电碳黑导电性无损失和外部壳部分金属氧化物电阻较低的特点，进而保证了改性导电碳黑材料可以作为导电填料用于碳基电阻浆料。

15、(2)本发明利用紫外-臭氧处理技术有效地将核壳结构材料的表面修饰羟基，与导电碳黑材料相比，导电碳黑材料@金属氧化物的核壳结构材料与紫外-臭氧处理技术更加适配，该工艺环节可以在不破坏导电碳黑材料的基础上可控地修饰羟基官能团，进而提高了改性导电碳黑材料与常规偶联剂和树脂粘结剂的适配性。

16、综上所述，本发明具有制备简单、性能优异、工艺可靠等优点，在碳基电阻浆料以及位移传感器技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

技术特征：

1.一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料，其特征在于，采用原子层沉积和紫外辐射工艺在导电碳黑的表面沉积一层金属氧化物；所述金属氧化物为氧化锌、氧化镍、氧化钴、氧化钛、氧化铝中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料，其特征在于，所述金属氧化物的厚度为0.5～20nm。

3.一种根据权利要求1～2任一项所述的用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料的制备方法，其特征在于，所述冲洗物为氩气、氮气、氦气中的至少一种；所述冲洗物的流量为1～500ml/min。

5.根据权利要求3所述的一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料的制备方法，其特征在于，所述前驱物为二乙基锌、二茂镍、二茂钴、四异丙醇钛、三甲基铝中的一种；所述前驱物还含有水、氧气、臭氧中的至少一种；所述前驱物的流量为1～500ml/min。

6.根据权利要求3或4或5所述的一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料的制备方法，其特征在于，所述臭氧处理中的氧气流量为1～500ml/min。

7.根据权利要求3或4或5所述的一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料的制备方法，其特征在于，所述紫外辐射的功率为：10～150w；所述紫外辐射的时间为1-60min。

8.一种根据权利要求1～2任一项所述的用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料在碳基电阻浆料中应用。

技术总结
本发明公开了一种用于碳基电阻浆料的导电碳黑材料、制备方法及其应用，采用原子层沉积和紫外辐射工艺在导电碳黑的表面沉积一层金属氧化物；所述金属氧化物为氧化锌、氧化镍、氧化钴、氧化钛、氧化铝中的至少一种。通过上述方案，本发明具有制备简单、性能优异、工艺可靠等优点，在碳基电阻浆料以及位移传感器技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

技术研发人员：朱方华,冯博,王琴,廖金飞,李刚,邓力,吴宝山
受保护的技术使用者：四川永星电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15