一種柔性導體及其製備方法與流程
2023-09-17 00:26:45
本發明涉及複合材料領域，尤其涉及一種柔性導體及其製備方法。
背景技術：
隨著電子信息產品及電子器件向著小型化、智能化和可穿戴方向發展，實現微納電子器件柔性及可延展化，促進人與信息的高效交換已成為一項重要技術。對於柔性可穿戴電子來說，柔性導體在大形變下仍能保持高的電導率，是實現其功能正常運作的重要部分。因此，開發具有大形變下高導電性、高可靠性的柔性導體變得極為重要。石墨烯、碳納米管、金屬納米顆粒、導電聚合物、金屬納米線作為導電基元的導體材料已成功研究開發。但金屬納米線不僅導電性優良，而且表現很好的柔韌性。相比於金、銀納米線，銅的導電性與銀相當，在地殼中的含量是銀的1000倍，比銀便宜100倍、比金便宜6000倍，使其成為柔性電子領域最具發展潛力的導電基元。為了讓柔性導體在各種大的形變下仍具有優異的穩定性，近幾年來報導了幾種製備柔性導體的方法：(1)通過預應力的方法使導電基元形成扣式的互聯結構；(2)製備二維導電網絡、織物、蛇形結構；(3)製備三維複合導電材料。相比於二維柔性導體，三維複合柔性導電材料具有低成本、優異的機械穩定性、易於大規模製備的優點，在柔性導體領域倍受科學家們的青睞。2002年康乃狄克大學Shenoy等採用無溶劑的方法使碘蒸氣原位聚合聚氨酯泡沫內吸附的Py製備得到PU/PPy複合彈性導體，製備的複合彈性導體的電導率在10-1-10-7S/cm的範圍內可調。2010年韓國漢陽大學Shin等採用化學氣相沉積(CVD)的方法在塗有鐵系催化劑的矽晶圓上垂直生長多壁碳納米管陣列(MWNTforests)，然後將聚氨酯溶液滲入多壁碳納米管陣列形成三維網際網路得到MWNT/PU複合導電材料。2011年中科院金屬研究所Chen等利用模板誘導化學氣相沉積(CVD)的方法在泡沫鎳上生長石墨烯，然後在石墨烯表面沉積聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，接著刻蝕掉泡沫鎳模板，溶解掉PMMA，最後在石墨烯泡沫(GF)中填入聚合物製備得到GF/PDMS複合柔性導體。2014年香港理工大學Yu等採用化學鍍沉積的方法在商業聚氨酯海綿上沉積了一層金屬薄膜(Cu,Ag,Au)，然後填入聚合物得到三維彈性導電複合材料。2013年莫納什大學Cheng課題組在銅納米線中加入少量聚乙烯醇(PVA)，然後冷凍乾燥製備得到CuNW-PVA複合氣凝膠，再在氣凝膠中填入聚合物得到導電複合彈性體。但目前，柔性導體在形變時電阻不穩定、電導率低、機械性能差。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於克服現有技術存在的缺點和不足，本發明一方面提供一種柔性導體，該柔性導體解決了在形變時電阻不穩定、電導率低、機械性能差的問題。一種柔性導體，包括聚氨酯海綿層，所述聚氨酯海綿層上由內至外設有PEDOT層和銅納米線層。PEDOT為聚(3,4-乙撐二氧噻吩)，本發明以聚氨酯海綿為模板，通過層層組裝，先在聚氨酯海面上原位聚合一層導電聚合物聚(3,4-乙撐二氧噻吩)(PEDOT)，然後通過簡單的浸潤過程吸附銅納米線，形成雙重導電網絡。在聚氨酯海綿上原位聚合PEDOT(不含PSS)能大大提高導電聚合物的導電性，吸附銅納米線之後導電性能進一步提高，且成本低。本發明另一方面提供了上述柔性導體的製備方法，該製備方法解決了柔性導體工藝複雜和製備出的柔性導體電性能和機械性能偏低的問題。本發明的目的通過以下技術方案實現。一種柔性導體的製備方法，包括如下步驟：(1)將超純水和乙醇置於容器中，混合後加入EDOT，進行超聲和第一次攪拌，得到混合液A，將聚氨酯海綿浸入所述混合液A中，加入過硫酸銨，進行第二次攪拌，得到PUS/PEDOT複合材料；(2)將銅納米線分散在乙醇中，進行超聲，得到銅納米線分散液，將所述PUS/PEDOT複合材料浸入所述銅納米分散液中，取出烘乾，得到PUS/PEDOT/CuNWs複合材料；(3)將所述PUS/PEDOT/CuNWs複合材料進行銅納米線氧化層的處理和填入聚合物，製得PUS/PEDOT/CuNWs/PDMS複合柔性導體。本發明先在聚氨酯海面上原位聚合一層導電聚合物聚(3,4-乙撐二氧噻吩)(PEDOT)，然後通過簡單的浸潤過程吸附銅納米線，形成雙重導電網絡。在聚氨酯海綿上原位聚合PEDOT(不含PSS)能大大提高導電聚合物的導電性，吸附銅納米線之後導電性能進一步提高，且成本低。其中，所述步驟(1)中超純水和乙醇的質量為1:0.2～5，優選1:0.5～2；可以為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。優選地，所述步驟(1)中超聲時間為2～30min，優選10min；可以為2min、5min、8min、10min、12min、15min、18min、20min、25min、28min、30min等。優選地，所述步...