[发明专利]一种柔性纳米蛛网结构导电聚氨酯薄膜的制备方法及应用

说明书

本发明涉及纳米材料技术领域，涉及一种柔性纳米蛛网结构导电聚氨酯薄膜的制备方法及应用。其中，本发明所述制备方法包括如下步骤：S1、将金属锂盐溶解在N,N‑二甲基甲酰胺和二甲基酮的混合溶剂中；S2、将导电剂超声分散在混合溶液中；S3、将聚氨酯颗粒在上述溶液中溶解形成纺丝前驱体溶液；S4、将纺丝前驱体溶液进行静电纺丝；S5、将纺丝得到的薄膜放在真空烘箱内干燥以去除溶剂，得到柔性纳米蛛网结构导电聚氨酯薄膜。本发明提供的柔性纳米蛛网结构导电聚氨酯薄膜制备方法，工艺简单，原料适应性广，能够有效降低制备成本，制备得到的柔性纳米蛛网结构导电聚氨酯薄膜具有三维蛛网结构，独特的柔韧性和弹性，较大的比面积和低的体积密度，而且在导离子的同时导电子，在柔性导电材料领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，更具体地说，涉及一种柔性纳米蛛网结构导电聚氨酯薄膜的制备方法及应用。

背景技术

随着智能可穿戴及便捷式电子设备的出现与发展，开发具有高弹性、高电导率、和低体积密度新型能源材料成为目前本领域内的研究热点，同时对新型能源材料应用于储能器件中的安全性、可靠性、柔韧性等提出了更高的要求。

目前，柔性导电材料的设计思路主要有：第一类是通过结构设计，将传统金属材料设计为可拉伸结构，例如将金、铂等金属电极设计成分形结构，从而用于柔性传感器件，这类结构具有优异的导电性，但是加工过程通常需要光刻、电子束沉积、反应离子刻蚀等微加工手段，操作复杂、成本高昂，不适宜用于大规模应用；第二类是以导电聚合物作为柔性电极材料，常用的导电聚合物有聚3-己基噻吩、聚苯胺、聚吡咯等，尽管导电聚合物兼具拉伸性和导电性，但是其在实际应用中存在导电性较差的问题，从而应用受限。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种柔性纳米蛛网结构导电聚氨酯薄膜的制备方法及应用，以解决现有技术中柔性导电材料制备性价比低的缺陷。

本发明公开了一种柔性纳米蛛网结构导电聚氨酯薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、将金属锂盐溶解在N,N-二甲基甲酰胺和二甲基酮的混合溶剂中；在本步骤中，金属锂盐可以使前驱体溶液导电，在静电纺丝过程中，可以使溶液在电场力的作用下分化成纳米级的蛛网结构；N,N-二甲基甲酰胺作为溶解聚氨酯颗粒的溶剂；二甲基酮可以调节静电纺丝过程中前驱体溶液的挥发速度，使其更易成丝。

S2、将导电剂超声分散在混合溶液中，且所述导电剂占溶液的质量比为0.5-5.0wt%；在本步骤中，将导电剂通过超声分散，使其均匀分散在溶液中，避免在纺丝过程中团聚，造成堵塞针头或者成丝粗细不匀，其中导电剂用量过少，会导致成膜后的样品导电率过低；用量过多则不易分散，极易在前驱体溶液中团聚。

S3、将聚氨酯颗粒在上述溶液中加热至完全溶解，形成纺丝前驱体溶液；且聚氨酯颗粒占溶液质量比为10-20wt%；在本步骤中，由于聚氨酯为热塑性高分子材料，在加热情况下，聚氨酯由玻璃态向高弹态转变，更利于与导电剂混合交联，但聚氨酯用量过低或过高均会影响纺丝状态，过低纺丝时容易滴液，过高溶液太黏，无法正常出丝。

S4、将纺丝前驱体溶液进行静电纺丝；进行静电纺丝时，在纺丝设备的纺丝区间施加10-35kV的直流电压，灌注速度控制为0.5-6mL/h，纺丝距离控制为8-35cm，并将温度控制在0-100℃，湿度控制在10-75％；在本步骤中，前驱体溶液在特定电压、灌注速度、纺丝距离和温湿度条件下纺丝成膜，其中电压、灌注速度、纺丝距离和温湿度都会对纺丝状态产生影响。

S5、将纺丝得到的薄膜放在真空烘箱内，在30-80℃的干燥温度下干燥12-24h以去除溶剂，得到柔性纳米蛛网结构导电聚氨酯薄膜，在本步骤中，将纺好的纤维膜放入烘箱中去除多余的N,N-二甲基甲酰胺和二甲基酮，使其固化成膜，但由于聚氨酯为热塑性高分子材料，所以温度不宜过高，时间不宜过长。

作为本发明的优选方案，在步骤S1中，所述金属锂盐选自碳酸锂、醋酸锂、硫酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、氢氧化锂和氯化锂中的至少一种。