CN102176348A - 基于纺织品模板制备铟锡氧化物/pdms树脂导电材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于纺织品模板的铟锡氧化物/PDMS树脂导电材料的制备方法，包括：(1)制备铟锡氧化物前驱体溶液；(2)在抽真空环境下，将纺织品浸泡在上述前驱体溶液中，然后取出并干燥，煅烧得到铟锡氧化物导电材料；(3)将PDMS与固化剂以10∶1的质量比混合均匀，然后将步骤(2)所得的铟锡氧化物导电材料平铺在上面，在100～120℃下固化10～20min，制得铟锡氧化物/PDMS树脂复合导电材料。本发明的制备工艺简单，成本低廉，易于实现工业化生产；制得的铟锡氧化物/PDMS树脂复合柔性导电材料结构致密，且有良好的导电性，可折叠性能，具有广阔的市场前景。

Description

基于纺织品模板制备铟锡氧化物/PDMS树脂导电材料

技术领域

本发明属于导电材料的制备领域，特别是涉及一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/PDMS树脂导电材料的方法。

背景技术

近年来，随着信息技术和光电产品的飞跃发展，新型导电材料越来越受到人们的广泛研究与关注。透明导电氧化物(TCO)研究年代较早，但以其优异的导电性能、较高的化学稳定性以及与基底良好的结合性能，受到人们的重视，特别是在电子学领域有着众多的应用，如平面显示器、传感器、染料敏化太阳能电池等。TCO材料主要有SnO₂基、In₂O₃基和ZnO基等多种体系，其中又以铟锡氧化物(ITO)最具代表性。ITO是目前研究与应用最为广泛的透明导电氧化物之一，它的电阻率常介于10^-3～10^-4Ω·cm之间，可见光区透射率达85％以上，因而具有透光性好、电阻率低、容易刻蚀和低温制备等优点。制备ITO导电材料的方法很多，有沉淀法、溶胶-凝胶法、溶剂热法等。R.A.Gilstrap等人在Advanced Materials，4163，20，(2008)上以醋酸铟和醋酸锡为原料，在有机溶剂十八烯(ODE)中，高温合成了粒径大约在5nm左右的ITO纳米颗粒，并且具有良好的导电性能。

传统电子器件中的显示触摸屏，目前其制备材料主要为稀有金属的半导体氧化物，如ITO等。这些材料的缺陷主要在于它们均为脆性材料，无法应用于柔韧性基底上，从而制备出可折叠式或者卷曲的显示触摸屏。将上述金属氧化物材料与有机基底进行复合，制备出的复合柔性导电材料，作为柔性导电材料的发展方向之一，其未来可广泛应用于智能服装、嵌入式健康监控设备、数字多媒体等众多消费电子领域以及太阳能电池、柔性输电线路等能源领域，因此必将受到人们更加广泛的研究与关注。L.B.Hu等人在Nano Letters，708，10，(2010)上用棉布浸泡在碳纳米管溶液中的方法制得了SWNT导电织物，具有良好的导电性和电容性能，可以应用于能量储存领域。X.Y.Zeng等人在Advanced Materials，4484，22，(2010)上用银纳米线与PVA树脂进行复合，最终得到透明的复合柔性导电材料，并就导电性能与ITO、碳纳米管等进行了对比研究。

目前尚无基于纺织品模板制备铟锡氧化物/PDMS树脂复合柔性导电材料的研究报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/PDMS树脂导电材料的方法。该方法制备工艺简单，成本低廉，易于实现工业化生产；制得的铟锡氧化物/PDMS树脂复合柔性导电材料结构致密，且具有良好的导电性以及可折叠性能。

一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/PDMS树脂导电材料的方法，包括：

(1)在室温下，按照In₂O₃/SnO₂质量比为8～10.5∶1称取将氯化铟和氯化锡，并溶解于去离子水中，再加入碱性溶液，得到pH值为8～11的混合溶液；在60～90℃，使所述混合溶液在反应釜中反应8～20h后，自然冷却至室温，然后洗涤，得到铟锡氧化物前驱体溶液；

(2)在抽真空环境下，将纺织品浸泡在上述前驱体溶液中，然后取出并干燥，重复浸泡并干燥2～5次，最后在马弗炉中350～550℃下煅烧10～24h，得到铟锡氧化物导电材料；

(3)将PDMS(聚二甲基硅氧烷)与配套的固化剂以10∶1的质量比混合均匀，然后将步骤(2)所得的铟锡氧化物导电材料平铺在上面，在100～120℃下固化10～20min，制得铟锡氧化物/PDMS树脂复合导电材料。

所述步骤(1)中的碱性溶液为浓度为10～30wt％的NaOH水溶液或浓度为5～28wt％的氨水。

所述步骤(1)中的洗涤过程为：用去离子水洗3～8次，然后用无水乙醇洗2～4次。

所述步骤(1)中混合溶液的体积为反应釜容积的1/2～4/5。

所述步骤(2)中纺织品质量为前驱体溶液质量的18～25％。

所述步骤(2)中的纺织品为棉布或无纺布。

所述步骤(2)中的抽真空环境，其真空泵压力为0.07～0.1MPa。

所述步骤(2)中的浸泡，其条件为每次浸泡时间2～6h；干燥，其条件为每次干燥温度为50～80℃，每次干燥时间为20～40min。

所述步骤(3)中的PDMS(含配套固化剂)型号为Sylgard 184(道康宁公司，购买时提供主剂/固化剂双组份液态包装)。

本发明所得铟锡氧化物/PDMS树脂复合导电材料的电导率为8×10^-3～4×10^-2S/cm。

采用纺织品作为模板，通过模板法制备得到ITO的规则导电材料，并与有机树脂基底进行复合，既有良好的导电性能，又具有较佳的可折叠性，使得无机材料的刚性、尺寸稳定性、热稳定性与有机基底的易加工性、韧性等很好融合，从而得到导电性能优异、生产工艺简单、成本低廉，且具有良好力学性能的铟锡氧化物/有机树脂复合柔性导电材料。

有益效果

1、本发明的制备工艺简单，成本低廉，易于实现工业化生产。

2、本发明制得的铟锡氧化物/PDMS树脂复合柔性导电材料结构致密，且有良好的导电性，可折叠性能，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1.棉织物模板制备的铟锡氧化物导电材料X射线衍射图。

图2.棉织物模板制备的铟锡氧化物导电材料场发射扫描电镜图。

图3.铟锡氧化物/PDMS树脂复合柔性导电材料数码照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

称取0.5330g四水氯化铟、0.0652g五水氯化锡在烧杯中溶解于15ml去离子水，加入NaOH(10wt％)调节溶液pH＝10.5，混合均匀后，把该反应溶液转移到反应釜中，于80℃下反应12h，自然冷却至室温，用去离子水反复洗3次，无水乙醇反复洗3次，得到铟锡氧化物前驱体溶液。将前驱体溶液放入培养皿中，在真空泵压力为0.08MPa的抽真空环境下，取2.5g棉布反复在其中浸泡并干燥3次，每次浸泡6h，65℃下干燥20min，再在马弗炉中450℃下煅烧12h，得到铟锡氧化物导电材料。将PDMS与配套的固化剂以10∶1的质量比混合均匀，再将铟锡氧化物导电材料平铺在上面，在120℃下固化10min，制得铟锡氧化物/PDMS树脂复合柔性导电材料。图1为本实施例制备的铟锡氧化物导电材料XRD图，可以看到非常明显的铟锡氧化物立方晶相特征峰，无任何其他杂质相存在；图2为本实施例制备的铟锡氧化物导电材料FE-SEM照片，可以看到粒径为20～30nm的铟锡氧化物颗粒按照棉纤维织物结构堆积成导电网络，结构致密；图3为本实施例制备的铟锡氧化物/PDMS树脂复合柔性导电材料数码照片，可以看到明显的可折叠效果。电性能测试表明最终所制备的复合柔性导电材料电导率为3.48×10^-2S/cm。

实施例2

称取2.4202g四水氯化铟、0.2980g五水氯化锡在烧杯中溶解于50ml去离子水，加入氨水(28wt％)调节溶液pH＝8.5，混合均匀后，把该反应溶液转移到反应釜中，于60℃下反应15h，自然冷却至室温，用去离子水反复洗4次，无水乙醇反复洗2次，得到铟锡氧化物前驱体溶液。将前驱体溶液放入培养皿中，在真空泵压力为0.1MPa的抽真空环境下，取1.8g无纺布反复在其中浸泡并干燥3次，每次浸泡4h，80℃下干燥20min，再在马弗炉中500℃下煅烧10h，得到铟锡氧化物导电材料。将PDMS与配套的固化剂以10∶1的质量比混合均匀，再将铟锡氧化物导电材料平铺在上面，在120℃下固化15min，制得铟锡氧化物/PDMS树脂复合柔性导电材料。电性能测试表明最终所制备的复合柔性导电材料电导率为8.51×10^-3S/cm。

实施例3

称取1.9127g四水氯化铟、0.2632g五水氯化锡在烧杯中溶解于40ml去离子水，加入NaOH(30wt％)调节溶液pH＝11，混合均匀后，把该反应溶液转移到反应釜中，于90℃下反应8h，自然冷却至室温，用去离子水反复洗8次，无水乙醇反复洗2次，得到铟锡氧化物前驱体溶液。将前驱体溶液放入培养皿中，在真空泵压力为0.07MPa的抽真空环境下，取2.1g无纺布反复在其中浸泡并干燥2次，每次浸泡6h，50℃下干燥40min，再在马弗炉中550℃下煅烧10h，得到铟锡氧化物导电材料。将PDMS与配套的固化剂以10∶1的质量比混合均匀，再将铟锡氧化物导电材料平铺在上面，在110℃下固化20min，制得铟锡氧化物/PDMS树脂复合柔性导电材料。电性能测试表明最终所制备的复合柔性导电材料电导率为8.96×10^-3S/cm。

实施例4

称取1.7958g四水氯化铟、0.1981g五水氯化锡在烧杯中溶解于40ml去离子水，加入氨水(5wt％)调节溶液pH＝8，混合均匀后，把该反应溶液转移到反应釜中，于70℃下反应20h，自然冷却至室温，用去离子水反复洗5次，无水乙醇反复洗4次，得到铟锡氧化物前驱体溶液。将前驱体溶液放入培养皿中，在真空泵压力为0.08MPa的抽真空环境下，取22g棉布反复在其中浸泡并干燥5次，每次浸泡2h，70℃下干燥25min，再在马弗炉中350℃下煅烧24h，得到铟锡氧化物导电材料。将PDMS与配套的固化剂以10∶1的质量比混合均匀，再将铟锡氧化物导电材料平铺在上面，在100℃下固化20min，制得铟锡氧化物/PDMS树脂复合柔性导电材料。电性能测试表明最终所制备的复合柔性导电材料电导率为114×10^-2S/cm。

Claims (10)

1.一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/聚二甲基硅氧烷树脂导电材料的方法，包括：

(1)在室温下，按照In₂O₃/SnO₂质量比为8～10.5∶1称取将氯化铟和氯化锡，并用去离子水溶解，再加入碱性溶液，得到pH值为8～11的混合溶液；在60～90℃，使所述混合溶液在反应釜中反应8～20h后，自然冷却至室温，然后洗涤，得到铟锡氧化物前驱体溶液；

(2)在抽真空环境下，将纺织品浸泡在上述前驱体溶液中，然后取出并干燥，最后在马弗炉中350～550℃下煅烧10～24h，得到铟锡氧化物导电材料；

(3)将聚二甲基硅氧烷与固化剂以10∶1的质量比混合均匀，然后将步骤(2)所得的铟锡氧化物导电材料平铺在上面，在100～120℃下固化10～20min，制得铟锡氧化物/聚二甲基硅氧烷树脂复合导电材料。

2.根据权利要求1所述的一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/聚二甲基硅氧烷树脂导电材料的方法，其特征在于：步骤(1)中的碱性溶液为浓度为10～30wt％的NaOH水溶液或浓度为5～28wt％的氨水。

3.根据权利要求1所述的一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/聚二甲基硅氧烷树脂导电材料的方法，其特征在于：步骤(1)中的洗涤过程为：用去离子水洗3～8次，然后用无水乙醇洗2～4次。

4.根据权利要求1所述的一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/聚二甲基硅氧烷树脂导电材料的方法，其特征在于：步骤(1)中的混合溶液的体积为反应釜容积的1/2～4/5。

5.根据权利要求1所述的一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/聚二甲基硅氧烷树脂导电材料的方法，其特征在于：步骤(2)中纺织品质量为前驱体溶液质量的18～25％。

6.根据权利要求1所述的一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/聚二甲基硅氧烷树脂导电材料的方法，其特征在于：步骤(2)中将浸泡后的纺织品干燥后，重复浸泡并干燥2～5次。

7.根据权利要求1所述的一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/聚二甲基硅氧烷树脂导电材料的方法，其特征在于：步骤(2)纺织品为棉布或无纺布。

8.根据权利要求1所述的一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/聚二甲基硅氧烷树脂导电材料的方法，其特征在于：步骤(2)中的抽真空环境，其真空泵压力为0.07～0.1MPa。

9.根据权利要求1或6所述的一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/聚二甲基硅氧烷树脂导电材料的方法，其特征在于：步骤(2)中的浸泡，其条件为每次浸泡时间2～6h；干燥，其条件为每次干燥温度为50～80℃，每次干燥时间为20～40min。

10.根据权利要求1或6所述的一种基于纺织品模板制备铟锡氧化物/聚二甲基硅氧烷树脂导电材料的方法，其特征在于：该方法所得导电材料的电导率为8×10^-3～4×10^-2S/cm。

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