[发明专利]一种具有焦耳发热性能的柔性可穿戴导电材料及其制备方法

说明书

本发明具体为一种具有焦耳发热性能的柔性可穿戴导电材料及其制备方法。该材料以柔性碳纤维为基底，其表面上具有镍钨磷三元合金导电涂层。柔性碳纤维基底表面具有镍钨磷三元合金导电涂层的制备方法为：碳纤维织物依次置于乙醇和去离子水中超声清洗，然后将其漂洗和烘干；所述的碳纤维基底采用KH550硅烷偶联剂溶液进行表面处理；所述的镍纳米粒子由镍离子经硼氢化钠溶液还原而成；将镍纳米粒子活化后的碳纤维织物浸入Ni‑W‑P化学镀液中，化学镀后用去离子水冲洗、干燥即得Ni‑W‑P三元合金涂覆的碳纤维织物。该材料制备条件简单，成本低廉，可操作性强；制备的新型柔性可穿戴导电材料具有良好的导电性、出色的焦耳加热性能。

技术领域

本发明属于可穿戴电子材料技术领域，具体为一种具有焦耳发热性能的柔性可穿戴导电材料及其制备方法。

背景技术

柔性可穿戴导电材料是指在聚脂、聚酰胺、碳纤维或PET等柔性绝缘材料表面，通过一定的工艺处理，与特定导电材料粘结在一起所形成的可穿戴导电材料，在可穿戴屏蔽材料、可穿戴电子器件及传感器等方向有着广泛应用，是当代科学技术热点研究领域之一。随着科学技术的蓬勃发展，可穿戴设备的工作环境也日渐复杂化，其在极地、外太空等极寒环境下的工作可靠性目前还没有很好的保障。因此，需要开发一种可以通过控制焦耳加热性能实现温度稳定的导电材料，以满足极端寒冷条件下可穿戴电子技术的应用需求。

近年来，相关的技术发明也得到了足够的关注。由于导电聚合物具有重量轻、化学性质稳定的特点，其通常被用作与其他聚合物共混的填料；然而，在导电聚合物含量较高的情况下，很难避免其随机分布导致复合材料导电性能和机械性能的下降，不利于其在日常工作生活中的应用。由于具有较大的表面积和机械柔韧性，还原氧化石墨烯(rGO)片材也被用来制备柔性可穿戴导电材料，但其复杂的沉积和还原过程，使得制备成本大大增加，而且发热温度范围也较为受限。金属，由于具有优良导电性、易于操作且制备方法经济高效等优点，近年来在柔性可穿戴导电材料方面得到关注。然而，由于金属导电性过强的特性，其发热性能在一定程度受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，针对以上需求与面临的问题，在本发明中提出了一种巧妙的技术手段，制备出柔性镍钨磷(Ni-W-P)三元合金涂层包覆的碳纤维织物，该技术手段包括表面改性、活化和化学镀等步骤。所制备的复合材料具有优异的导电性能，与此同时，由于钨元素的引入，合金的阻抗得到有效调节，使得该柔性织物还具有出色的焦耳加热性能。并且通过加热和冷却的多次循环实验，其发热性能与效率均没有明显变化，证明其发热性能的稳定性，可满足工业上长期稳定的使用要求。

为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为：

一种具有焦耳发热性能的柔性可穿戴导电材料，该材料以柔性碳纤维为基底，所述的柔性碳纤维基底表面具有镍钨磷(Ni-W-P)三元合金的导电涂层；所述的Ni-W-P三元合金的导电涂层经由化学镀的方式制备。

柔性碳纤维基底表面具有镍钨磷三元合金的导电涂层，是指将碳纤维织物表面合金金属化，具体工艺包括：1)碳纤维基体表面的超声波清洗；2)采用KH550硅烷偶联剂溶液对碳纤维基体表面进行改性；3)镍纳米粒子自催化活化及化学镀合金等。

一种柔性镍钨磷(Ni-W-P)三元合金涂层包覆碳纤维织物的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：将碳纤维织物依次放置于乙醇和去离子水中超声波清洗表面，然后将其进行漂洗和烘干，去除油脂与杂质；

步骤(2)：将织物置于KH550硅烷偶联剂溶液中浸泡，而后将其置于烘箱中烘干；

步骤(3)：初步制备镍离子溶液，将表面改性后的织物在室温下浸泡于镍离子溶液中，而后将浸泡后的织物放置于硼氢化钠溶液中，织物表面上的镍离子最终被还原为镍纳米粒子，实现镍纳米粒子的催化活化；