CN105869720A - 一种弹性导电膜材料及其制备方法 - Google Patents

一种弹性导电膜材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提供了一种弹性导电膜材料及其制备方法。所述的弹性导电膜材料的制备方法包括：选用弹性膜作为弹性附着基体，对其两端施加一定拉力，将其拉伸到一定伸长率后固定，在弹性膜的表面涂覆一层液体弹性粘合剂，形成粘合剂层；将柔性纳米导电膜压渍在粘合剂层上；在柔性纳米导电膜的上侧涂覆一层具有保护作用的树脂，使所述的粘合剂和树脂固化；释放施加在弹性附着基体上的拉力，使其带动柔性纳米导电膜回缩，即可制得弹性导电膜材料。本发明制备得到的导电膜材料具有一定的弹性、柔韧性好、电学性能稳定等特点，并且采用涂覆树脂的方式保护碳纳米管膜，使其不易磨损漏电，提高了材料的电学安全性和耐久性。

Description

一种弹性导电膜材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电材料技术领域，更具体地说，涉及弹性导电复合膜领域。
背景技术
近年来，随着电子器件轻薄化方向发展，以及智能可穿戴导电材料的需求，传统的刚性电子器件已经越来越无法满足现代电子产业的需要，而导电膜因其比较轻薄，在市场上的应用越来越广泛。但目前的导电膜一般都是在玻璃，陶瓷等硬质基材上制备的，基材本身存在质脆、弹性差，不易变形等缺点，因而制备得到的导电膜柔韧性差，不耐弯折压缩，可穿戴性能差，而且大多采用导电填料或镀膜涂层等方式，制备过程比较复杂，从而大大限制了其应用。因此，现在迫切需要研发一种具有弹性、柔韧性，可以承受弯曲变形，可穿戴的导电膜材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种弹性导电膜材料及其制备方法，其创新地采用了弹性附着基体，以高导通性的碳纳米管膜为导电膜，并涂覆树脂作为保护层，通过拉伸固定弹性附着基体，在树脂粘合剂固化后释放拉力，制得弹性的导电膜材料。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种弹性导电膜材料，其特征在于，包括从下到上依次设置的弹性膜、柔性纳米导电膜、以及树脂层或另一弹性膜。
优选地，所述的弹性膜的表面粘附有双面胶。
优选地，所述的柔性纳米导电膜连接传感模块和显示模块。
本发明还提供了上述的弹性导电膜材料的制备方法，其特征在于，包括：
第一步：选用弹性膜作为弹性附着基体，对其两端施加一定拉力，将其拉伸到一定伸长率后固定，在弹性膜的表面涂覆一层液体弹性粘合剂，形成粘合剂层；
第二步：将柔性纳米导电膜压渍在粘合剂层上；
第三步：在柔性纳米导电膜的上侧涂覆一层具有保护作用的树脂，并在一定条件下使所述的粘合剂和树脂固化，或者，在柔性纳米导电膜的上侧粘合另一弹性膜；
第四步：释放施加在弹性附着基体上的拉力，使其带动柔性纳米导电膜回缩，即可制得弹性导电膜材料。
优选地，所述的柔性纳米导电膜为碳纳米管膜。
更优选地，所述的碳纳米管膜由单壁或多壁碳纳米管制得，碳纳米管直径为10nm-100nm，膜厚度为10μm-50μm，孔隙率为35％-75％，拉伸强度为100MPa-500MPa，电导率为104-105S/m。
更优选地，所述的碳纳米管膜的尺寸与拉伸后的弹性附着基体相同。
优选地，所述的弹性膜为聚二甲基硅氧烷膜(PDMS)、丙烯酸膜、聚氨酯膜或高弹橡胶膜。
优选地，所述的液体弹性粘合剂为聚二甲基硅氧烷、丙烯酸或聚氨酯。
优选地，所述的第二步中的柔性纳米导电膜上覆有电极。
更优选地，所述的电极为铜片、铜丝、导电纤维或其它导电材料，电极通过导电银胶与柔性纳米导电膜相连。
更优选地，所述的导电纤维为碳纳米管纱线。
优选地，所述的具有保护作用的树脂为聚氨酯、聚二甲基硅氧烷或橡胶。
优选地，所述的“一定伸长率”为弹性膜断裂伸长率的5～50％。
所述的固化时间、温度、压力等条件由所选择的粘合剂和树脂决定。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.本发明采用PDMS膜作为弹性附着基体，并在拉伸的同时与柔性纳米导电膜粘结固化，从而提高了导电膜的柔韧性和弹性。
2.本发明采用柔性纳米导电膜一碳纳米管膜作为导电材料，电导率可达1.5*105s/m，具有高导通性，电学性能稳定，比传统导电材料膜轻薄耐用，可承受拉伸弯折。
3.采用涂覆树脂的方式保护碳纳米管膜，使其不易磨损漏电，提高了材料的电学安全性和耐久性。
4.本发明所制备的导电膜材料导电性好，弹性好，伸长率高(20％-50％)，可承受弯曲和压缩变形。
5.该制备方法简单易行，适合产业化推广，该弹性导电膜可以用于智能纺织品中的导电材料，还可以用作柔性的电子器件，在智能材料领域具有广泛的应用。
6.本发明可灵活选择粘合剂和树脂，并且可以设计不同的厚度，还可以对其进行裁剪，选择不同形状和大小，满足不同应用的需求。
附图说明
图1是弹性的导电膜材料示意图；
图2是弹性导电贴膜示意图；
图3是弹性导电手环示意图。
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
一种超薄的弹性导电膜材料的制备方法，具体步骤为：
第一步：选用弹性膜1(PDMS膜)作为弹性附着基体，对其两端施加一定拉力，将其拉伸到弹性膜断裂伸长率的40％后固定，在PDMS膜的表面涂覆一层液体弹性粘合剂(采用PDMS粘合剂)，形成粘合剂层，厚度约为0.2mm；
所述的PDMS膜为方形PDMS膜，尺寸为30×30cm2，厚度为0.5mm。PDMS膜采用PDMS树脂(道康宁公司DC184)通过涂膜方法得到。
所述的PDMS粘合剂采用道康宁公司的SYLGARD184，由基本组分(PDMS液体，粘度5.2Pa-sec)和固化剂(粘度3.5Pa-sec)按10∶1的重量比混匀得到。
第二步：采用银胶将铜丝电极与所述的碳纳米管膜粘合后得到覆有电极的柔性纳米导电膜2，将其压渍在未固化的粘合剂层上；
所述的碳纳米管膜选用尺寸为42×30cm2的碳纳米管膜(中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所)，由多壁碳纳米管制得，碳纳米管直径为20nm左右，膜厚度为20um，孔隙率为75％，拉伸强度为约200MPa，电导率约1*105S/m。
第三步：在所述的碳纳米管膜的上侧涂覆一层具有保护作用的树脂(采用PDMS粘合剂)，形成树脂层3，厚度为0.2mm，保持PDMS膜的拉伸状态，使所述的液体弹性粘合剂和树脂在80℃下固化，时间不低于12小时；
所述的PDMS粘合剂采用道康宁公司的SYLGARD184，由基本组分(PDMS液体，粘度5.2Pa-sec)和固化剂(粘度3.5Pa-sec)按10∶1的重量比混匀得到。
第四步：释放施加在弹性附着基体上的拉力，使其带动柔性纳米导电膜回缩，即可制得弹性导电膜材料。如图1所示，所述的弹性导电膜材料，包括从下到上依次设置的弹性膜1、柔性纳米导电膜2、以及树脂层3。
该超薄的弹性导电膜材料的厚度约为0.9mm。以20％的伸长率反复拉伸材料100次，电导率基本没有变化，反复拉伸200次，电导率下降2％以内，反复拉伸500次，电导率下降5％以内。该超薄弹性的导电膜材料可以作为服装导电内衬或超薄弹性电子器件。
实施例2
一种弹性导电贴膜的制备方法，具体步骤为：
第一步：选用弹性膜1(PDMS膜)作为弹性附着基体，对其两端施加一定拉力，将其拉伸到弹性膜断裂伸长率的50％后固定，在PDMS膜的表面涂覆一层液体弹性粘合剂(采用PDMS粘合剂)，形成粘合剂层，厚度约为0.2mm；
所述的PDMS膜为方形PDMS膜，尺寸为30×30cm2，厚度为0.5mm。PDMS膜采用PDMS树脂(道康宁公司DC184)通过涂膜方法得到。
所述的PDMS粘合剂采用道康宁公司的SYLGARD184，由基本组分(PDMS液体，粘度5.2Pa-sec)和固化剂(粘度3.5Pa-sec)按10∶1的重量比混匀得到。
第二步：采用银胶将铜丝电极与所述的碳纳米管膜粘合后得到覆有电极的柔性纳米导电膜2，将其压渍在未固化的粘合剂层上；
所述的碳纳米管膜选用尺寸为45×30cm2的碳纳米管膜(中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所)，由多壁碳纳米管制得，碳纳米管直径为20nm左右，膜厚度为20um，孔隙率为75％，拉伸强度为约200MPa，电导率约1*105S/m。
第三步：在所述的碳纳米管膜的上侧涂覆一层具有保护作用的树脂(采用水溶性聚氨酯树脂，拜耳科技有限公司，型号为(U54))，形成树脂层3，厚度约为0.3mm，保持PDMS膜的拉伸状态，使所述的液体弹性粘合剂和树脂在60℃下固化，时间不低于12小时；
第四步：释放施加在弹性附着基体上的拉力，使其带动柔性纳米导电膜回缩，在PDMS膜表面粘附一层透明双面胶4，即可制得弹性导电贴膜材料。
所述的双面胶4选用厚度为0.5mm的亚克力透明双面胶(上海璨兴复合材料有限公司)，尺寸为45×30cm2。
如图2所示，所述的弹性导电贴膜材料，包括从下到上依次设置的弹性膜1、柔性纳米导电膜2、以及树脂层3，弹性膜1的表面粘附有双面胶4。
该弹性导电贴膜厚度为1mm～1.5mm，以20％的伸长率反复拉伸材料100次，电导率基本没有变化，反复拉伸200次，电导率下降2％以内，反复拉伸500次，电导率下降5％以内。
实施例3
一种弹性导电手环的制备方法，具体步骤为：
第一步：选用弹性膜1(PDMS膜)作为弹性附着基体，对其两端施加一定拉力，将其拉伸到弹性膜断裂伸长率的50％后固定，在PDMS膜的表面涂覆一层液体弹性粘合剂(采用PDMS粘合剂)，形成粘合剂层，厚度约为0.2mm；
所述的PDMS膜为矩形PDMS膜，尺寸为1.5*16cm2，厚度为0.4mm。PDMS膜采用PDMS树脂(道康宁公司DC184)通过涂膜方法得到。
所述的PDMS粘合剂采用道康宁公司的SYLGARD184，由基本组分(PDMS液体，粘度5.2Pa-sec)和固化剂(粘度3.5Pa-sec)按10∶1的重量比混匀得到。
第二步：采用银胶将铜丝电极与所述的碳纳米管膜粘合后得到覆有电极的柔性纳米导电膜2，将其压渍在未固化的粘合剂层上；
所述的碳纳米管膜选用尺寸为2.5×24cm2的碳纳米管膜(中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所)，由多壁碳纳米管制得，碳纳米管直径为20nm左右，膜厚度为20um，孔隙率为75％，拉伸强度为约200MPa，电导率约1*105S/m。
第三步：在所述的碳纳米管膜的上侧涂覆一层具有保护作用的树脂(采用水溶性聚氨酯树脂，拜耳科技有限公司，型号为U54，)，形成树脂层3，厚度约为0.3mm，保持PDMS膜的拉伸状态，使所述的液体弹性粘合剂和树脂在60℃下固化，时间不低于12小时；
第四步：释放施加在弹性附着基体上的拉力，使其带动柔性纳米导电膜回缩，分别将传感模块5和显示模块6与柔性纳米导电膜2的电极相连得到弹性导电手环，即可制得弹性导电手环。所述的传感模块5包括心率和温湿度微型传感器。所述的显示模块6包括电池以及与电池相连的数据处理及分析系统。
该弹性导电手环的厚度为1.5～2cm，其内置的传感模块5可以有针对性地监测温度、运动情况、心脏速率及其他健康数据，传感模块5将心率和温湿度微型传感器感测到的数据转化为电信号并通过柔性纳米导电膜2传输，通过显示模块6处理分析数据并显示，从而可以实时监测人体的健康状况，可以作为医疗辅助设备等。
本发明并不局限于上述实施方式，上述实施方式仅是示意性的，而非限制性，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围下，还可以做出很多种形式，这些均属于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种弹性导电膜材料，其特征在于，包括从下到上依次设置的弹性膜、柔性纳米导电膜、以及树脂层或另一弹性膜。
2.如权利要求1所述的弹性导电膜材料，其特征在于，所述的弹性膜的表面粘附有双面胶。
3.如权利要求1所述的弹性导电膜材料，其特征在于，所述的柔性纳米导电膜连接传感模块和显示模块。
4.权利要求1-3中任一项所述的弹性导电膜材料的制备方法，其特征在于，包括：
第一步：选用弹性膜作为弹性附着基体，对其两端施加一定拉力，将其拉伸到一定伸长率后固定，在弹性膜的表面涂覆一层液体弹性粘合剂，形成粘合剂层；
第二步：将柔性纳米导电膜压渍在粘合剂层上；
第三步：在柔性纳米导电膜的上侧涂覆一层具有保护作用的树脂，并在一定条件下使所述的粘合剂和树脂固化，或者，在柔性纳米导电膜的上侧粘合另一弹性膜；
第四步：释放施加在弹性附着基体上的拉力，使其带动柔性纳米导电膜回缩，即可制得弹性导电膜材料。
5.如权利要求4所述的弹性导电膜材料的制备方法，其特征在于，所述的柔性纳米导电膜为碳纳米管膜。
6.如权利要求4所述的弹性导电膜材料的制备方法，其特征在于，所述的弹性膜为聚二甲基硅氧烷膜、丙烯酸膜、聚氨酯膜或高弹橡胶膜。
7.如权利要求4所述的弹性导电膜材料的制备方法，其特征在于，所述的液体弹性粘合剂为聚二甲基硅氧烷、丙烯酸或聚氨酯。
8.如权利要求4所述的弹性导电膜材料的制备方法，其特征在于，所述的第二步中的柔性纳米导电膜上覆有电极。
9.如权利要求4所述的弹性导电膜材料的制备方法，其特征在于，所述的具有保护作用的树脂为聚氨酯、聚二甲基硅氧烷或橡胶。
10.如权利要求4所述的弹性导电膜材料的制备方法，其特征在于，所述的“一定伸长率”为弹性膜断裂伸长率的5～50％。
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