[发明专利]一种碳纳米管/液态金属导电油墨及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管/液态金属导电油墨及其制备方法和应用，复合材料主要原料的组分按重量组分计为：液态金属(LM)99～99.7份；碳纳米管(CNT)0.3～1份；乙醇20份；去离子水20份。其制备工艺为：首先制备CNT@LM导电油墨；然后制备CNT@LM导电涂层；本发明利用本征导电的CNT对LM液滴进行表面改性，保证良好导电性能的同时，提升LM的分散稳定性，CNT@LM导电油墨可以喷涂在各种基材表面上，得到具有高屏蔽性能的柔性导电涂层，材料制备过程简单，工艺易于掌握，生产成本低，易实现大批量生产，具备极高的推广价值。

技术领域

本发明涉及液态金属表面改性领域，特别涉及一种碳纳米管/液态金属导电油墨及其制备方法和应用。

背景技术

与传统的刚性导电粒子相比，液态金属(LM)具有良好的可变形性，这使得LM与柔性聚合物的弹性模量很好地匹配，有望使基于LM的柔性导电材料具有高柔韧性、优越的导电性和良好的变形稳定性。近年来，采用超声波法将块状LM破裂成微纳米液滴，由于LM液滴表面形成了一层氧化镓(Ga₂O₃)薄层，防止它们彼此立即结合。虽然薄的Ga₂O₃层可以作为一个保护屏障，但LM油墨仍然缺乏足够的胶体稳定性。因此，制备高度稳定的LM分散液仍是一个挑战。

为了获得稳定的LM液滴，研究者提出了表面改性技术。典型的是通过多糖、聚乙烯醇、表面活性剂中的羧基和硫醇基单层膜，附着在LM液滴的表面，以增强其稳定性。尽管这些报道的聚合物和单分子层可以产生稳定的LM分散液。但这些表面活性剂的固有绝缘不可避免地削弱了复合材料的导电性。

目前还没有关于本征导电的物质对LM液滴进行表面改性的相关报道。本发明选择CNT作为LM液滴的表面改性成分，采用简单共混技术将CNT均匀包覆在LM液滴表面，实现了高导电性能的高度稳定的CNT@LM导电油墨的制备。此外，CNT@LM导电油墨可以通过一种简单、高效的喷涂技术附着在多种基材上生成CNT@LM涂层。CNT@LM涂层具有良好的柔性、极高的导电性和高效的电磁屏蔽性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种碳纳米管/液态金属导电油墨及其制备方法和应用，复合材料主要原料的组分按重量组分计为：液态金属(LM)99～99.7份；碳纳米管(CNT)0.3～1份；乙醇20份；去离子水20份。其制备工艺为：首先制备CNT@LM导电油墨；然后制备CNT@LM导电涂层；本发明利用本征导电的CNT对LM液滴进行表面改性，保证良好导电性能的同时，提升LM的分散稳定性，CNT@LM导电油墨可以喷涂在各种基材表面上，得到具有高屏蔽性能的柔性导电涂层，材料制备过程简单，工艺易于掌握，生产成本低，易实现大批量生产，具备极高的推广价值。

为实现以上技术效果，采用如下技术方案：

一种碳纳米管/液态金属导电油墨，包含的组分按重量组分计为：液态金属(LM)99～99.7份；碳纳米管(CNT)0.3～1份；乙醇20份；去离子水20份。

一种碳纳米管/液态金属导电油墨的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：碳纳米管CNT@液态金属LM导电油墨的制备：按比例取一定量的液态金属LM加入到乙醇溶液中，将大块的LM破碎成LM液滴，获得灰色的LM分散液；按比例取一定量的碳纳米管CNT加入到去离子水中，获得黑色的CNT分散液，将上述两种分散液加入到离心管中，通过混合器混合得到深灰色的碳纳米管CNT@液态金属LM导电油墨；

步骤S2：碳纳米管CNT@液态金属LM导电涂层的制备：使用喷枪将碳纳米管CNT@液态金属LM导电油墨喷涂到不同的基材表面上，干燥后在室温下对样品施加压力压制，打破液态金属LM液滴表面的氧化壳，得到高导电性的CNT@LM涂层。

进一步的，所述步骤S1中将大块的LM破碎成LM液滴的方法为采用超声细胞破碎机。