一種彈性導(dǎo)電膜材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種提供了一種彈性導(dǎo)電膜材料及其制備方法。所述的彈性導(dǎo)電膜材料的制備方法包括：選用彈性膜作為彈性附著基體，對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到一定伸長(zhǎng)率后固定，在彈性膜的表面涂覆一層液體彈性粘合劑，形成粘合劑層；將柔性納米導(dǎo)電膜壓漬在粘合劑層上；在柔性納米導(dǎo)電膜的上側(cè)涂覆一層具有保護(hù)作用的樹(shù)脂，使所述的粘合劑和樹(shù)脂固化；釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，即可制得彈性導(dǎo)電膜材料。本發(fā)明制備得到的導(dǎo)電膜材料具有一定的彈性、柔韌性好、電學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，并且采用涂覆樹(shù)脂的方式保護(hù)碳納米管膜，使其不易磨損漏電，提高了材料的電學(xué)安全性和耐久性。
【專利說(shuō)明】
一種彈性導(dǎo)電膜材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及導(dǎo)電材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及彈性導(dǎo)電復(fù)合膜領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著電子器件輕薄化方向發(fā)展，以及智能可穿戴導(dǎo)電材料的需求，傳統(tǒng)的剛性電子器件已經(jīng)越來(lái)越無(wú)法滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的需要，而導(dǎo)電膜因其比較輕薄，在市場(chǎng)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但目前的導(dǎo)電膜一般都是在玻璃，陶瓷等硬質(zhì)基材上制備的，基材本身存在質(zhì)脆、彈性差，不易變形等缺點(diǎn)，因而制備得到的導(dǎo)電膜柔韌性差，不耐彎折壓縮，可穿戴性能差，而且大多采用導(dǎo)電填料或鍍膜涂層等方式，制備過(guò)程比較復(fù)雜，從而大大限制了其應(yīng)用。因此，現(xiàn)在迫切需要研發(fā)一種具有彈性、柔韌性，可以承受彎曲變形，可穿戴的導(dǎo)電膜材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種彈性導(dǎo)電膜材料及其制備方法，其創(chuàng)新地采用了彈性附著基體，以高導(dǎo)通性的碳納米管膜為導(dǎo)電膜，并涂覆樹(shù)脂作為保護(hù)層，通過(guò)拉伸固定彈性附著基體，在樹(shù)脂粘合劑固化后釋放拉力，制得彈性的導(dǎo)電膜材料。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種彈性導(dǎo)電膜材料，其特征在于，包括從下到上依次設(shè)置的彈性膜、柔性納米導(dǎo)電膜、以及樹(shù)脂層或另一彈性膜。
[0005]優(yōu)選地，所述的彈性膜的表面粘附有雙面膠。
[0006]優(yōu)選地，所述的柔性納米導(dǎo)電膜連接傳感模塊和顯示模塊。
[0007]本發(fā)明還提供了上述的彈性導(dǎo)電膜材料的制備方法，其特征在于，包括:
[0008]第一步:選用彈性膜作為彈性附著基體，對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到一定伸長(zhǎng)率后固定，在彈性膜的表面涂覆一層液體彈性粘合劑，形成粘合劑層；
[0009]第二步:將柔性納米導(dǎo)電膜壓漬在粘合劑層上；
[0010]第三步:在柔性納米導(dǎo)電膜的上側(cè)涂覆一層具有保護(hù)作用的樹(shù)脂，并在一定條件下使所述的粘合劑和樹(shù)脂固化，或者，在柔性納米導(dǎo)電膜的上側(cè)粘合另一彈性膜；
[0011]第四步:釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，即可制得彈性導(dǎo)電膜材料。
[0012]優(yōu)選地，所述的柔性納米導(dǎo)電膜為碳納米管膜。
[0013]更優(yōu)選地，所述的碳納米管膜由單壁或多壁碳納米管制得，碳納米管直徑為1nm-lOOnm，膜厚度為10μπι-50μπι，孔隙率為35%-75%，拉伸強(qiáng)度為100MPa_500MPa，電導(dǎo)率為104-105S/m。
[0014]更優(yōu)選地，所述的碳納米管膜的尺寸與拉伸后的彈性附著基體相同。
[0015]優(yōu)選地，所述的彈性膜為聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)、丙烯酸膜、聚氨酯膜或高彈橡膠膜。
[0016]優(yōu)選地，所述的液體彈性粘合劑為聚二甲基硅氧烷、丙烯酸或聚氨酯。
[0017]優(yōu)選地，所述的第二步中的柔性納米導(dǎo)電膜上覆有電極。
[0018]更優(yōu)選地，所述的電極為銅片、銅絲、導(dǎo)電纖維或其它導(dǎo)電材料，電極通過(guò)導(dǎo)電銀膠與柔性納米導(dǎo)電膜相連。
[0019]更優(yōu)選地，所述的導(dǎo)電纖維為碳納米管紗線。
[0020]優(yōu)選地，所述的具有保護(hù)作用的樹(shù)脂為聚氨酯、聚二甲基硅氧烷或橡膠。
[0021 ]優(yōu)選地，所述的“一定伸長(zhǎng)率”為彈性膜斷裂伸長(zhǎng)率的5?50%。
[0022]所述的固化時(shí)間、溫度、壓力等條件由所選擇的粘合劑和樹(shù)脂決定。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0024]1.本發(fā)明采用PDMS膜作為彈性附著基體，并在拉伸的同時(shí)與柔性納米導(dǎo)電膜粘結(jié)固化，從而提高了導(dǎo)電膜的柔韌性和彈性。
[0025]2.本發(fā)明采用柔性納米導(dǎo)電膜一碳納米管膜作為導(dǎo)電材料，電導(dǎo)率可達(dá)1.5*105s/m，具有高導(dǎo)通性，電學(xué)性能穩(wěn)定，比傳統(tǒng)導(dǎo)電材料膜輕薄耐用，可承受拉伸彎折。
[0026]3.采用涂覆樹(shù)脂的方式保護(hù)碳納米管膜，使其不易磨損漏電，提高了材料的電學(xué)安全性和耐久性。
[0027]4.本發(fā)明所制備的導(dǎo)電膜材料導(dǎo)電性好，彈性好，伸長(zhǎng)率高(20%_50%)，可承受彎曲和壓縮變形。
[0028]5.該制備方法簡(jiǎn)單易行，適合產(chǎn)業(yè)化推廣，該彈性導(dǎo)電膜可以用于智能紡織品中的導(dǎo)電材料，還可以用作柔性的電子器件，在智能材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
[0029]6.本發(fā)明可靈活選擇粘合劑和樹(shù)脂，并且可以設(shè)計(jì)不同的厚度，還可以對(duì)其進(jìn)行裁剪，選擇不同形狀和大小，滿足不同應(yīng)用的需求。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是彈性的導(dǎo)電膜材料示意圖；
[0031 ]圖2是彈性導(dǎo)電貼膜示意圖；
[0032]圖3是彈性導(dǎo)電手環(huán)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0034]實(shí)施例1
[0035]—種超薄的彈性導(dǎo)電膜材料的制備方法，具體步驟為:
[0036]第一步:選用彈性膜I(H)MS膜)作為彈性附著基體，對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到彈性膜斷裂伸長(zhǎng)率的40%后固定，在PDMS膜的表面涂覆一層液體彈性粘合劑(采用PDMS粘合劑)，形成粘合劑層，厚度約為0.2mm;
[0037]所述的PDMS膜為方形PDMS膜，尺寸為30 X 30cm2，厚度為0.Smm13PDMS膜采用PDMS樹(shù)月旨(道康寧公司DC184)通過(guò)涂膜方法得到。
[0038]所述的PDMS粘合劑采用道康寧公司的SYLGARD184，由基本組分(PDMS液體，粘度5.2Pa-sec)和固化劑(粘度3.5Pa_sec)按1:1的重量比混勻得到。
[0039]第二步:采用銀膠將銅絲電極與所述的碳納米管膜粘合后得到覆有電極的柔性納米導(dǎo)電膜2，將其壓漬在未固化的粘合劑層上；
[0040]所述的碳納米管膜選用尺寸為42X 30cm2的碳納米管膜(中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所)，由多壁碳納米管制得，碳納米管直徑為20nm左右，膜厚度為20um，孔隙率為75%，拉伸強(qiáng)度為約200MPa，電導(dǎo)率約l*105S/m。
[0041]第三步:在所述的碳納米管膜的上側(cè)涂覆一層具有保護(hù)作用的樹(shù)脂(采用PDMS粘合劑)，形成樹(shù)脂層3，厚度為0.2mm，保持PDMS膜的拉伸狀態(tài)，使所述的液體彈性粘合劑和樹(shù)脂在80°C下固化，時(shí)間不低于12小時(shí)；
[0042]所述的PDMS粘合劑采用道康寧公司的SYLGARD184，由基本組分(PDMS液體，粘度5.2Pa-sec)和固化劑(粘度3.5Pa_sec)按1:1的重量比混勻得到。
[0043]第四步:釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，即可制得彈性導(dǎo)電膜材料。如圖1所示，所述的彈性導(dǎo)電膜材料，包括從下到上依次設(shè)置的彈性膜1、柔性納米導(dǎo)電膜2、以及樹(shù)脂層3。
[0044]該超薄的彈性導(dǎo)電膜材料的厚度約為0.9mm。以2 O %的伸長(zhǎng)率反復(fù)拉伸材料1 O次，電導(dǎo)率基本沒(méi)有變化，反復(fù)拉伸200次，電導(dǎo)率下降2%以內(nèi)，反復(fù)拉伸500次，電導(dǎo)率下降5%以內(nèi)。該超薄彈性的導(dǎo)電膜材料可以作為服裝導(dǎo)電內(nèi)襯或超薄彈性電子器件。
[0045]實(shí)施例2
[0046]—種彈性導(dǎo)電貼膜的制備方法，具體步驟為:
[0047]第一步:選用彈性膜I(H)MS膜)作為彈性附著基體，對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到彈性膜斷裂伸長(zhǎng)率的50%后固定，在PDMS膜的表面涂覆一層液體彈性粘合劑(采用PDMS粘合劑)，形成粘合劑層，厚度約為0.2mm;
[0048]所述的PDMS膜為方形PDMS膜，尺寸為30 X 30cm2，厚度為0.5mm WDMS膜采用PDMS樹(shù)月旨(道康寧公司DC184)通過(guò)涂膜方法得到。
[0049]所述的PDMS粘合劑采用道康寧公司的SYLGARD184，由基本組分(PDMS液體，粘度5.2Pa-sec)和固化劑(粘度3.5Pa_sec)按1:1的重量比混勻得到。
[0050]第二步:采用銀膠將銅絲電極與所述的碳納米管膜粘合后得到覆有電極的柔性納米導(dǎo)電膜2，將其壓漬在未固化的粘合劑層上；
[0051 ]所述的碳納米管膜選用尺寸為45 X 30cm2的碳納米管膜(中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所)，由多壁碳納米管制得，碳納米管直徑為20nm左右，膜厚度為20um，孔隙率為75%，拉伸強(qiáng)度為約200MPa，電導(dǎo)率約l*105S/m。
[0052]第三步:在所述的碳納米管膜的上側(cè)涂覆一層具有保護(hù)作用的樹(shù)脂(采用水溶性聚氨酯樹(shù)脂，拜耳科技有限公司，型號(hào)為(U54))，形成樹(shù)脂層3，厚度約為0.3mm，保持PDMS膜的拉伸狀態(tài)，使所述的液體彈性粘合劑和樹(shù)脂在60°C下固化，時(shí)間不低于12小時(shí)；
[0053]第四步:釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，在PDMS膜表面粘附一層透明雙面膠4，即可制得彈性導(dǎo)電貼膜材料。
[0054]所述的雙面膠4選用厚度為0.5mm的亞克力透明雙面膠(上海璨興復(fù)合材料有限公司)，尺寸為45 X 30cm2。
[0055]如圖2所示，所述的彈性導(dǎo)電貼膜材料，包括從下到上依次設(shè)置的彈性膜1、柔性納米導(dǎo)電膜2、以及樹(shù)脂層3，彈性膜I的表面粘附有雙面膠4。
[0056]該彈性導(dǎo)電貼膜厚度為Imm?1.5mm，以20%的伸長(zhǎng)率反復(fù)拉伸材料100次，電導(dǎo)率基本沒(méi)有變化，反復(fù)拉伸200次，電導(dǎo)率下降2%以內(nèi)，反復(fù)拉伸500次，電導(dǎo)率下降5%以內(nèi)。
[0057]實(shí)施例3
[0058]一種彈性導(dǎo)電手環(huán)的制備方法，具體步驟為:
[0059]第一步:選用彈性膜I(H)MS膜)作為彈性附著基體，對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到彈性膜斷裂伸長(zhǎng)率的50%后固定，在PDMS膜的表面涂覆一層液體彈性粘合劑(采用PDMS粘合劑)，形成粘合劑層，厚度約為0.2mm;
[0060]所述的PDMS膜為矩形PDMS膜，尺寸為1.5*16cm2，厚度為0.^im13PDMS膜采用PDMS樹(shù)月旨(道康寧公司DC184)通過(guò)涂膜方法得到。
[0061 ]所述的PDMS粘合劑采用道康寧公司的SYLGARD 184，由基本組分(PDMS液體，粘度5.2Pa-sec)和固化劑(粘度3.5Pa_sec)按1:1的重量比混勻得到。
[0062]第二步:采用銀膠將銅絲電極與所述的碳納米管膜粘合后得到覆有電極的柔性納米導(dǎo)電膜2，將其壓漬在未固化的粘合劑層上；
[0063]所述的碳納米管膜選用尺寸為2.5X 24cm2的碳納米管膜(中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所)，由多壁碳納米管制得，碳納米管直徑為20nm左右，膜厚度為20um，孔隙率為75%，拉伸強(qiáng)度為約200MPa，電導(dǎo)率約l*105S/m。
[0064]第三步:在所述的碳納米管膜的上側(cè)涂覆一層具有保護(hù)作用的樹(shù)脂(采用水溶性聚氨酯樹(shù)脂，拜耳科技有限公司，型號(hào)為U54，)，形成樹(shù)脂層3，厚度約為0.3mm，保持PDMS膜的拉伸狀態(tài)，使所述的液體彈性粘合劑和樹(shù)脂在60°C下固化，時(shí)間不低于12小時(shí)；
[0065]第四步:釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，分別將傳感模塊5和顯示模塊6與柔性納米導(dǎo)電膜2的電極相連得到彈性導(dǎo)電手環(huán)，即可制得彈性導(dǎo)電手環(huán)。所述的傳感模塊5包括心率和溫濕度微型傳感器。所述的顯示模塊6包括電池以及與電池相連的數(shù)據(jù)處理及分析系統(tǒng)。
[0066]該彈性導(dǎo)電手環(huán)的厚度為1.5?2cm，其內(nèi)置的傳感模塊5可以有針對(duì)性地監(jiān)測(cè)溫度、運(yùn)動(dòng)情況、心臟速率及其他健康數(shù)據(jù)，傳感模塊5將心率和溫濕度微型傳感器感測(cè)到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并通過(guò)柔性納米導(dǎo)電膜2傳輸，通過(guò)顯示模塊6處理分析數(shù)據(jù)并顯示，從而可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體的健康狀況，可以作為醫(yī)療輔助設(shè)備等。
[0067]本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，上述實(shí)施方式僅是示意性的，而非限制性，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)范圍下，還可以做出很多種形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種彈性導(dǎo)電膜材料，其特征在于，包括從下到上依次設(shè)置的彈性膜、柔性納米導(dǎo)電膜、以及樹(shù)脂層或另一彈性膜。2.如權(quán)利要求1所述的彈性導(dǎo)電膜材料，其特征在于，所述的彈性膜的表面粘附有雙面膠。3.如權(quán)利要求1所述的彈性導(dǎo)電膜材料，其特征在于，所述的柔性納米導(dǎo)電膜連接傳感模塊和顯示模塊。4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的彈性導(dǎo)電膜材料的制備方法，其特征在于，包括: 第一步:選用彈性膜作為彈性附著基體，對(duì)其兩端施加一定拉力，將其拉伸到一定伸長(zhǎng)率后固定，在彈性膜的表面涂覆一層液體彈性粘合劑，形成粘合劑層； 第二步:將柔性納米導(dǎo)電膜壓漬在粘合劑層上； 第三步:在柔性納米導(dǎo)電膜的上側(cè)涂覆一層具有保護(hù)作用的樹(shù)脂，并在一定條件下使所述的粘合劑和樹(shù)脂固化，或者，在柔性納米導(dǎo)電膜的上側(cè)粘合另一彈性膜； 第四步:釋放施加在彈性附著基體上的拉力，使其帶動(dòng)柔性納米導(dǎo)電膜回縮，即可制得彈性導(dǎo)電膜材料。5.如權(quán)利要求4所述的彈性導(dǎo)電膜材料的制備方法，其特征在于，所述的柔性納米導(dǎo)電膜為碳納米管膜。6.如權(quán)利要求4所述的彈性導(dǎo)電膜材料的制備方法，其特征在于，所述的彈性膜為聚二甲基硅氧烷膜、丙烯酸膜、聚氨酯膜或高彈橡膠膜。7.如權(quán)利要求4所述的彈性導(dǎo)電膜材料的制備方法，其特征在于，所述的液體彈性粘合劑為聚二甲基硅氧烷、丙烯酸或聚氨酯。8.如權(quán)利要求4所述的彈性導(dǎo)電膜材料的制備方法，其特征在于，所述的第二步中的柔性納米導(dǎo)電膜上覆有電極。9.如權(quán)利要求4所述的彈性導(dǎo)電膜材料的制備方法，其特征在于，所述的具有保護(hù)作用的樹(shù)脂為聚氨酯、聚二甲基硅氧烷或橡膠。10.如權(quán)利要求4所述的彈性導(dǎo)電膜材料的制備方法，其特征在于，所述的“一定伸長(zhǎng)率”為彈性膜斷裂伸長(zhǎng)率的5?50%。
【文檔編號(hào)】H01B5/14GK105869720SQ201610356674
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】許福軍, 高揚(yáng)
【申請(qǐng)人】東華大學(xué)