CN109575346B - 一种耐高温基底的柔性导电材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子材料技术领域，具体涉及一种耐高温基底的柔性导电材料的制备方法。该耐高温柔性导电材料的制备方法包括溶液浇铸法制备PBI膜；将PBI膜在一定条件下进行磷酸表面改性，增强PBI膜表面亲水性以利于PBI基底与银纳米线的结合；将银纳米银滴涂在磷酸掺杂改性的PBI表面，晾干后即得到导电性和弯曲性良好的所述耐高温基底的柔性导电材料。本发明制备的柔性导电材料工艺简单、易于大规模生产，在智能服装、机器人皮肤、传感器、太阳能电池等领域尤其是加工过程中对柔性基底有耐热性要求的领域具有一定应用前景。

Description

一种耐高温基底的柔性导电材料的制备方法
技术领域
本发明涉及电子材料技术领域，具体涉及一种耐高温基底的柔性导电材料的制备方法。
背景技术
随着科技的进步和时代的发展，越来越多的电子器件朝着柔性化的方向发展，新一代导电材料必须具备轻质、可弯曲、成本低廉和易于大规模生产等特性。而柔性导电材料的迅猛发展，对高性能柔性基底的需求正与日俱增。目前常见的应用较广泛的柔性导电材料的基底主要是聚合物塑料，比如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚醚砜树脂(PES)等。尽管上述基底材料具有良好的性能，但是限于固有的热力学和机械属性，大多数聚合物基底材料都难以承受200℃以上的高温。而在某些电子器件的加工过程中需要柔性基底承受甚至400℃的高温(比如低温多晶硅工艺制备TFT的过程)，上述常见的聚合物基底材料的耐热性很难达到这个要求，因此，研制新方法来制备耐高温基底材料的柔性导电材料是未来此领域发展的一个热点。
聚苯并咪唑(PBI)是聚合物主链含有咪唑环的聚合物的统称。由于其分子链的刚性结构，聚苯并咪唑具有优异的耐热性能(芳基聚苯并咪唑538℃尚不分解)、出色的力学性能和耐化学稳定性，是高性能柔性导电材料基底的最佳选择之一。而聚苯并咪唑膜表面呈疏水性，难以与纳米材料等相结合，如何增强PBI表面的亲水性，使其与纳米导电材料有机结合成为制备PBI基底柔性导电材料需要解决的关键问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明在于提供一种制备简单、易于大规模生产的以PBI为耐高温柔性基底的导电材料。
本发明采用如下技术方案，一种耐高温基底的柔性导电材料的制备方法如下：
S1.采用溶液浇铸法铺PBI膜，通过调节聚合物的固含量及刮膜棒厚度来控制膜的厚度，将制备好的PBI膜放入真空烘箱中100℃条件下烘24小时后备用；
S2.将PBI膜按需求切成小片在20-90℃下浸入到磷酸溶液中进行表面改性，取出后擦干表面；
S3.将银纳米线乙醇溶液滴涂在磷酸浸泡改性后的PBI表面，晾干后即得到导电性良好的柔性导电材料。
所述的步骤S1中，调节聚合物的固含量时，所采用的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种。调节方法是：将PBI聚合物溶解在上述溶剂中，调节聚合物在溶剂中的质量体积比为3-12％，即为所需聚合物的固含量。
步骤S1具体为：将PBI聚合物溶解在DMAc、DMSO或NMP里，充分溶解后将聚合物溶液倒在干净光滑的玻璃板上，用刮膜棒进行刮膜，然后将玻璃板放在加热板上加热，溶剂蒸发后，PBI膜即呈现在玻璃板上，揭下后即为PBI膜，再将PBI膜放入真空烘箱中烘去残余的溶剂备用。
所述PBI膜的厚度可通过调整聚合物在溶液中的固含量和刮膜棒的厚度来调整，优选的，刮膜棒厚度为0.3mm-1.0mm，所得膜烘干后的厚度为10-70微米。
所述步骤S2中，所述浸泡磷酸浓度为2-14.7mol/L，浸泡时间5-36小时。
所述步骤S3中，银纳米线乙醇溶液浓度为0.01-0.1mg/mL，滴涂层数为2-10层。
步骤S3具体为：将配制好浓度0.01-0.5mg/mL的银纳米线乙醇溶液均匀滴涂在磷酸处理的PBI膜表面，银纳米线刚好覆盖在PBI膜表面为最佳，滴涂层数为2-10层，晾干后即得到导电性良好的柔性导电材料。
有益效果：本发明将具有优异导电性银纳米线与综合性能优异的耐高温聚合物基底PBI有机结合，制备了一种具有耐高温基底的柔性导电材料。解决了现有技术中导电材料普遍不能承受高温的缺陷，且该导电材料导电性能优异。本发明制备的柔性导电材料工艺简单、易于大规模生产，在智能服装、机器人皮肤、传感器、太阳能电池等领域尤其是加工过程中对柔性基底有耐热性要求的领域具有一定应用前景。
附图说明
图1是本发明耐高温基底的柔性导电材料的制备方法流程图；
图2是本发明实施例所述PBI膜磷酸掺杂前后水接触角测试图；
图3为本发明实施例制备的以PBI为耐高温基底的柔性导电材料的电镜照片；
图4为本发明实施例制备的以PBI为耐高温基底的柔性导电材料弯曲性能。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明不以任何形式受限于实施例内容。实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；如无特殊说明，所述实验试剂和材料，均可从商业途径获得。
实施例1
将PBI聚合物溶解在DMAc里，固含量为7％(质量体积比)，充分溶解后将聚合物溶液倒在干净光滑的玻璃板上，用刮膜棒进行刮膜，然后将玻璃板放在加热板上加热，溶剂蒸发后，PBI膜即呈现在玻璃板上，揭下后即为PBI膜，再放入真空烘箱中烘24小时除去残余的溶剂。所得膜烘干后的厚度为56微米。将上述PBI膜浸泡在14.7mol/L(即85wt％)磷酸中，20℃下掺杂24小时，掺杂后用滤纸将表面磷酸擦干。将银纳米线乙醇溶液滴涂在磷酸浸泡改性后的PBI表面，银纳米线浓度为0.1mg/mL，滴涂层数为2层。滴涂后晾干即得PBI基底柔性导电材料，测得方块电阻为12.51ohm/sq。该样品弯折1000次方块电阻的变化见图4(Sample1)。
实施例2
将PBI聚合物溶解在NMP里，固含量为10％(质量体积比)，充分溶解后将聚合物溶液倒在干净光滑的玻璃板上，用刮膜棒进行刮膜，然后将玻璃板放在加热板上加热，溶剂蒸发后，PBI膜即呈现在玻璃板上，揭下后即为PBI膜，再放入真空烘箱中烘24小时除去残余的溶剂。所得膜烘干后的厚度为62微米。将上述PBI膜浸泡在14.7mol/L(即85wt％)磷酸中，90℃下掺杂8小时，掺杂后用滤纸将表面磷酸擦干。将银纳米线乙醇溶液滴涂在磷酸浸泡改性后的PBI表面，银纳米线浓度为0.1mg/mL，滴涂层数为6层。滴涂后晾干即得PBI基底柔性导电材料，测得方块电阻为4.80ohm/sq。该样品弯折1000次方块电阻的变化见图4(Sample2)。
实施例3
将PBI聚合物溶解在DMSO里，固含量为5％(质量体积比)，充分溶解后将聚合物溶液倒在干净光滑的玻璃板上，用刮膜棒进行刮膜，然后将玻璃板放在加热板上加热，溶剂蒸发后，PBI膜即呈现在玻璃板上，揭下后即为PBI膜，再放入真空烘箱中烘24小时除去残余的溶剂。所得膜烘干后的厚度为37微米。将上述PBI膜浸泡在14.7mol/L(即85wt％)磷酸中，25℃下掺杂20小时，掺杂后用滤纸将表面磷酸擦干。将银纳米线乙醇溶液滴涂在磷酸浸泡改性后的PBI表面，银纳米线浓度为0.1mg/mL，滴涂层数为8层。滴涂后晾干即得PBI基底柔性导电材料，测得方块电阻为1.21ohm/sq。该样品弯折1000次方块电阻的变化见图4(Sample3)。
图2是本发明实施例所述PBI膜磷酸掺杂前后水接触角测试图，由图2可看出，磷酸掺杂前的PBI膜的接触角为84度，而掺杂后PBI膜的接触角减小到28度，这说明通过磷酸掺杂过程PBI膜表面的亲水性得到了明显的改善。图3为本发明实施例制备的以PBI为耐高温基底的柔性导电材料的电镜照片，可以清楚地看到PBI基底银纳米线的微观结构。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种耐高温基底的柔性导电材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 采用溶液浇铸法铺PBI膜，通过调节聚合物的固含量及刮膜棒厚度来控制膜的厚度，将制备好的PBI膜放入真空烘箱中100℃条件下烘24小时后备用；
S2. 将PBI膜按需求切成小片在20-90℃下浸入到磷酸溶液中进行表面改性，所述浸泡磷酸浓度为2-14.7mol/L，浸泡时间5-36小时，取出后擦干表面；
S3. 将银纳米线乙醇溶液滴涂在磷酸浸泡改性后的PBI表面，银纳米线乙醇溶液浓度为0.01-0.1mg/mL，滴涂层数为2-10层，晾干后即得到导电性良好的柔性导电材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1中，调节聚合物的固含量时，所采用的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固含量为3-12%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刮膜棒厚度为0.3mm-1.0mm，所得膜烘干后的厚度为10-70微米。
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