[发明专利]一种大面积定向排布多种导电微粒的方法

说明书

本发明涉及一种大面积定向排布多种导电微粒的方法，该方法的具体步骤如下：步骤一：剪切板的预处理；步骤二：聚合物溶液配制；步骤三：机械剪切操作。本发明一种大面积定向排布多种导电微粒的方法，其优点及功效在于：该方法结合流场排布与电场排布的优势，取长补短。流场定向排布导电微粒，电场作用下极化的顺排导电微粒沿剪切方向组装成链状，降低导电高分子材料渗流阈值，提升导电性能，制备导电各向异性材料成为可能。

技术领域

本发明涉及一种大面积定向排布多种导电微粒的方法，属于材料制备技术领域；更具体地说，是结合剪切过程中两剪切板间弯月形液桥内的剪切力与剪切板表面高压极化导电微粒来定向排布的方法，剪切后的导电微粒受库仑力的作用沿剪切方向组装成链。

背景技术

随着科学技术的日新月异，对材料的发展提出了高功能化、高性能化和高智能化的新要求。其中柔性导电高分子材料(即将导电微粒填充到高聚物基体中制备的导电材料)在智能穿戴、柔性显示屏、太阳能电池等拥有广泛的应用前景。

高质量的导电高分子材料要求在保持高聚物基体优异的机械性能基础上提高导电能力。导电微粒添加比太低，会导致导电高分子材料导电性能差难以满足要求。导电微粒添加比太高，高聚物基体的力学性能又将受到严重影响而大打折扣。为满足导电高分子材料的力学与电学性能要求，必须调整导电微粒在高聚物基体中的分散与分布状态。使处于高聚物基体中的导电微粒沿某一方向分布以提升该方向上的添加浓度，降低整体渗流阈值，以提升最终的导电性能。

目前定向排布微粒的方法主要集中于电场，磁场，流场中的某一种场力对微纳米颗粒进行定向排布操作。每种方法都有其不可替代性的优势，也存在一些难以避免的不足。电场定向排布的颗粒方向一致，相互搭接稳定但排布面积小；磁场定向排布组装过程比较简单，微纳米颗粒首尾相连，但是要求必须是磁性材料或者表面包覆磁性材料，并需要搭建与之匹配的磁场。在众多方法中，流体剪切诱导法是最常用且高效的方法，流体剪切诱导法使用的前提约束条件比较少，比如不需要液体或熔体具有较低的粘度值，只需要外界提供足够大的剪切拉伸力，导电粒子就可以在基体中进行一定方向的排列且定向排布面积大。而流体剪切诱导法最大的缺点就是会降低填充导电微粒的密度。至今为止还没有一种能够获得大面积定向排布多种微粒的普适性方法，解决该问题对于制备导电高分子材料至关重要。

发明内容

1、目的：本发明目的是提出一种大面积定向排布多种导电微粒的方法，结合剪切过程中两剪切板间弯月形液桥内的剪切力与剪切板表面高压极化来定向排布导电微粒，使排布后的导电微粒在高聚物基体中有序分布并且收尾搭接成链状分布，使降低导电高分子材料渗流阈值，提升导电性能，制备导电各向异性材料成为可能。

2、技术方案：本发明一种大面积定向排布多种导电微粒的方法，该方法的具体步骤如下：步骤一：剪切板的预处理

(A)剪取厚度为200μm的矩形PET板；

(B)将剪切板放入玻璃容器内，向玻璃容器中加入200ml～1000ml的去离子水，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率700W～1000W、工作频率25KHz～40KHz的条件下超声清洗10min～20min后得到清洁的剪切板；将剪切板吹干备用；

(C)将上剪切板连接到一可移动的工作台上，将下剪切板固定在显微镜工作台上；

(D)以无尘布擦拭剪切板表面，红外静电仪测量表面静电压，通过调节擦拭次数来控制表面静电压的大小。

步骤二：聚合物溶液配制

(A)以10:1的比例称量PDMS(粘度3500mPa.s)与其固化剂，并将其共混；

(B)称量适量不同形状的微粒(如：镀银玻璃微珠、碳纳米管、石墨烯片或导电微螺旋)并混于PDMS中配制0.05wt％-20wt％混合液。共混过程中，用细玻璃棒轻微搅拌5分钟，并抽真空10分钟除去气泡；