[发明专利]一种高导电柔性发泡材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子功能材料技术领域，进一步涉及柔性导电复合电子功能材料技术领域，具体涉及一种高导电柔性发泡材料及其制备方法。

背景技术

随着新一代电子科学与技术的兴起，新一代智能平台引领着电子科技和信息技术的前沿及发展方向。新型多功能智能传感器在先进智能平台应用中无所不在：如可穿戴智能健康监测、敏感触觉、假肢、多功能机器人皮肤、快速温/湿/压实时监测等场合已得到广泛应用。这些智能应用对新一代传感器及其功能材料提出了新的要求。比如新一代压力敏感传感器要求所用材料具有柔性、高弹性、导电性或介电性等特殊要求。

聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，缩写为PDMS)因具有良好的柔性和优异的生物相容性而被广泛应用在生物医学工程中。同时在电子材料与敏感器件领域，PDMS也受到越来越多的关注。PDMS泡沫以及经介电、导电修饰后的PDMS多孔材料由于具有很好的功能敏感特性，在柔性电子及传感器领域受到广泛关注。

有文献报道通过制备碳纳米管/石墨烯(缩写为CNTs/GP)气凝胶制备出了一种CNTs/GP/PDMS复合柔性材料，该材料表现出一定的应变-电阻特性，可用于应变-电阻传感器。有现有技术通过3D打印和浸渍的方法制备出导电的CNTs/GP/PDMS复合柔性泡沫，该材料同样体现出应变-电阻特性，可实现柔性导电及应变-电阻传感器的应用。但是该方法难以实现CNTs/GP与PDMS微孔内壁牢固的结合，容易出现CNTs/GP的脱落和材料导电性不稳定。另外，该现有技术的工艺中没有实现PDMS的直接3D打印，而是采用了先打印牺牲材料再溶出的原理，导致工艺复杂、溶出过程时间长、溶出困难等工艺弊端难以克服。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的一个目的在于提供一种高导电柔性发泡材料的制备方法，以解决现有导电柔性复合材料导电性能不佳、制备工艺复杂的问题。

本发明的另一个目的在于提供一种高导电柔性发泡材料，以解决现有导电柔性材料的导电率低、导电性不稳定的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种高导电柔性发泡材料的制备方法，包括：

一种高导电柔性发泡材料的制备方法，包括：

Ⅰ：将石墨烯和碳纳米管与造孔剂混合，加水配置成悬浊液；

Ⅱ：对悬浊液进行加热蒸发，得到包裹有碳纳米管/石墨烯的造孔剂结晶粉体；

Ⅲ：将聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂与造孔剂结晶粉体混匀制成膏状浆料；以及

Ⅳ：膏状浆料经成型、固化和清洗处理后，得到高导电柔性发泡材料。

本发明的有益效果为：本发明将石墨烯(Graphene，缩写为GP)和碳纳米管(Carbon Nanotubes，缩写为CNTs)与造孔剂混合配置成悬浊液，经加热蒸发后得到包裹有碳纳米管/石墨烯(缩写为CNTs/GP)的造孔剂结晶粉体，使得CNTs/GP形成的三维导电网络生长附着在造孔剂微粒的表面，然后通过造孔剂填充聚二甲基硅氧烷预聚物(PDMS)并固化。由于在造孔剂填充PDMS的过程中，CNTs/GP形成的三维导电网络也随造孔剂同样填充在PDMS内部，最大限度地提高了CNTs/GP的掺杂量，从而提高了柔性复合材料的导电性，而且CNTs/PDMS三维导电网络涂布在PDMS泡沫微孔的内壁，结合牢固，获得的柔性复合材料具有稳定的导电性。

需要说明的是，本发明通过悬浊液蒸发得到造孔剂结晶粉体的目的是为了得到表面包裹有碳纳米管/石墨烯的造孔剂结晶粉体。蒸发过程中随着溶剂的减少，造孔剂作为溶质的浓度逐渐升高，造孔剂最终以结晶体的形式析出，形成造孔剂结晶粉体。在造孔剂结晶粉体析出的同时石墨烯和碳纳米管对造孔剂结晶粉体形成包裹，最终得到包裹有碳纳米管/石墨烯的造孔剂结晶粉体。将包裹有碳纳米管/石墨烯的造孔剂结晶粉体与PDMS及固化剂混合均匀固化后，通过清洗将造孔剂溶出，形成PDMS多孔结构的同时碳纳米管/石墨烯将保留在孔道的内表面。这与常规的石墨烯/碳纳米管/PDMS均匀混合复合方法相比，这种方法更容易在孔的内表面形成石墨烯/碳纳米管连续网络，用最低的碳纳米管/石墨烯掺杂量得到最好的导电性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，上述制备方法还包括：在步骤Ⅰ之前，将石墨烯和碳纳米管置于强酸溶液中，并在60～80℃下搅拌并回流处理6～10h，以进行氧化处理。

将石墨烯和碳纳米管进行强酸氧化处理的目的是：通过强酸氧化处理在石墨烯/碳纳米管表面形成羟基、羧基等极性键。