CN116034439A - 导电组合物 - Google Patents

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CN116034439A CN202180053568.8A CN202180053568A CN116034439A CN 116034439 A CN116034439 A CN 116034439A CN 202180053568 A CN202180053568 A CN 202180053568A CN 116034439 A CN116034439 A CN 116034439A
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Abstract

一种导电组合物，其包含高达5％(w/w)的单壁碳纳米管在介电聚合物基质材料中的均匀分散体。一种制备导电组合物的方法，该方法包括以下步骤：将0.1‑5％的单壁碳纳米管与介电基质材料结合以形成单壁碳纳米管在介电基质材料中的均匀分散体并减小单壁碳纳米管团聚体的尺寸。

Description

导电组合物
相关申请的交叉引用
无
技术领域
总体而言，本发明涉及用于电极的导电组合物，其包含在基质材料中的碳纳米管。
背景技术
电极在医疗领域用于可穿戴设备中，用于执行如脑电图(EEG)和心电图(ECG)以及神经肌肉电刺激(NMES)等测试和电疗。为了最佳性能，电极应与皮肤紧密接触并且在治疗测试持续时间内应保持这种接触。测试的持续时间可以从几分钟至几天或是甚至更长。此外，电极的阻抗应在皮肤基底的范围内。
已经采用了不同的技术来制造电极。例如，已经使用了水凝胶技术和形成聚合物基质的填充聚合物。然而，采用这些技术的电极具有缺点。使用水凝胶技术制成的电极可能随着时间的流逝而失水，从而失去粘合性和阻抗特性。在聚合物基质中，典型地必须添加大量导电填充剂以提供必要且优选的阻抗，但高水平的填充剂影响电极的粘合性和弹性。
发明内容
本发明涉及一种导电组合物，其包含高达5％(w/w)的单壁碳纳米管在介电聚合物基质材料中的均匀分散体。
本发明还涉及一种制备导电组合物的方法，其包括以下步骤：将0.1-5％的单壁碳纳米管与介电基质材料结合以形成单壁碳纳米管在介电基质材料中的均匀分散体并减小单壁碳纳米管团聚体的尺寸。
本发明的导电组合物可用于形成具有改善的阻抗和粘合特性的可穿戴电子产品和电极，其中这些电极比现有技术的矩阵型电极更好地保持阻抗和粘合特性。
附图说明
图1表示使用透射电子显微镜以1微米和200纳米的比例拍摄的包含液体硅酮橡胶和1.5％(w/w)单壁碳纳米管的配制品的铸膜图像。
图2表示使用透射电子显微镜以1微米的比例的包含含有1.5％(w/w)单壁碳纳米管的硅酮基皮肤粘合剂的配制品的铸膜图像。
图3表示使用透射电子显微镜以200纳米的比例的包含含有1.5％(w/w)单壁碳纳米管的硅酮基皮肤粘合剂的配制品的铸膜图像。
图4表示用导电组合物制成的电极的模拟ECG信号。
图5表示用导电组合物制成的电极的测量ECG信号。
图6是具有单壁碳纳米管的导电组合物实例和包含多壁碳纳米管的两个对比实例的测量电导率的图表。
图7是由具有不同量的单壁碳纳米管的导电组合物制成的膜的测量电导率的图表。
图8表示以不同膜厚度涂覆有包含液体硅酮橡胶的导电组合物制成的膜并且涂覆在PET PE876上的电极的测量电阻率的结果。
图9表示在PET PE874上以不同膜厚度涂覆有包含硅酮粘合剂的导电组合物制成的膜的电极的测量电阻率的结果。
图10表示导电组合物的电阻率的测量，其中证明电极之间没有干扰。
图11表示用于测试由导电组合物产生的潜在干扰的方案，其中来自导电组合物的膜被加倍(配制品3F)，其中去除顶部(高级)Intexar材料并且然后重新粘附至来自导电配制品的膜制定，并且然后与通常安排(3E)进行比较
图12表示通过转移涂层制成的电极中的导电组合物涂层的测量电阻率。
具体实施方式
术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(having)”或其任何其他变型旨在覆盖非排他性的包括。例如，包括特征列表的方法、制品或设备不一定仅限于那些特征，而是可以包括未明确列出的或此种方法、制品或设备所固有的其他特征。此外，除非有相反的明确说明，否则“或”是指包含性的或，而不是指排他性的或。例如，条件A或B通过以下中的任一项满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B两者都为真(或存在)。
使用“一个/种(a/an)”来描述本文所述的要素和组分。这样做只是为了方便并给出本发明范围的一般意义。此描述应当被解读为包括一个/种、至少一个/种或单数形式也包括复数形式，反之亦然，除非明确其另有所指。例如，当本文中描述单一的实施例时，可以替代单一的实施例使用多于一个实施例。类似地，当本文中描述多于一个实施例时，可以用单一的实施例替代这多于一个实施例。
PET是聚对苯二甲酸乙二醇酯的缩写。
TPU是热塑性聚氨酯的缩写。
一种导电组合物，其包含：
的均匀分散体
(a)高达5％(w/w)的单壁碳纳米管在
(b)介电聚合物基质材料。
多壁碳纳米管(MWCNT)由相互卷绕的石墨烯的多个卷绕层组成(中心直径较小并且然后直径变得越来越大)。这些管彼此叠覆。MWCNT的直径典型地在5纳米(nm)至100nm的范围内。MWCNT中的层间距离接近于石墨中石墨烯层之间的距离。
单壁碳纳米管(SWCNT)是一层厚的MWCNT。SWCNT具有直径和管长度，其中直径是与圆柱体直径相比的距离，并且管长度是圆柱体的长度。SWCNT是一层石墨烯卷绕层，其直径接近1.3nm，作为替代方案0.5nm至3nm，作为替代方案1nm至1.5nm，并且管长度可高达15μm(微米)，作为替代方案可高达10μm，作为替代方案5至10μm。SWCNT往往在末端被封端并且具有仅一个圆柱形碳壁。在一个实施例中，SWCNT具有最大粒径直径，作为替代方案粒径直径高达5nm，作为替代方案高达3nm，作为替代方案高达1.5nm。本领域技术人员知道如何测量粒径直径和管长度。例如，可以使用商业粒度分析仪测量粒径直径和管长度，作为替代方案可以使用本领域已知的显微技术测量粒径和管长度。
可用于本发明的SWCNT是可商购的。例如，SWCNT可以从位于卢森堡的奥科希艾尔(OCSiAl)公司购买。SWCNT可以在称为“Graphetron”的特定反应器中使用游离金属催化剂纳米颗粒生产。该过程基于烃气体在金属纳米颗粒上的催化分解和碳基纳米结构的生长。根据本发明的用于生产SWCNT的工艺描述于美国专利号8137653中，其中该专利中公开的有关SWCNT的制造方法的公开内容在此并入本文。总体而言，与由在催化表面上生长SWCNT组成的众所周知且常见的工艺相比，所公开的用于制造SWCNT的工艺使用气相生产。
可以通过本领域已知的方法减小SWCNT的尺寸。例如，SWCNT可以在已知的研磨设备如球磨机或篮式研磨机中研磨，作为替代方案可以通过用叶片或桨式混合器处理SWCNT在基质材料中的分散体来减小SWCNT的尺寸。本领域技术人员知道如何减小SWCNT的尺寸。
在一个实施例中，SWCNT作为SWCNT的团聚物提供并且在制备本发明的导电组合物之前处理团聚的SWCNT以减少团聚。可以通过本领域已知的方法处理SWCNT团聚物以减少团聚，如为降低SWCNT的粒度所述。本领域技术人员知道如何减小SWCNT团聚物的尺寸。
介电聚合物基质材料可以是已知用于医疗或电子应用的任何聚合物基质材料。在一个实施例中，介电聚合物基质材料包括聚硅氧烷，作为替代方案硅酮橡胶，作为替代方案包括聚硅氧烷并且是水凝胶、无水凝胶、热固性塑料或热塑性塑料，作为替代方案热固性塑料或热塑性塑料，作为替代方案热固性塑料或热塑性弹性体。在一个实施例中，介电聚合物基质材料是非水性硅氧烷基材料。如本文所用，“非水性”是指基本上不含水，作为替代方案不含水，作为替代方案具有小于0.1％(w/w)的水。
介电聚合材料能够使SWCNT分散在材料中以形成SWCNT的均匀分散体。在一个实施例中，介电聚合物基质材料具有从粘弹性到橡胶的流变学。本领域技术人员知道如何选择介电聚合物基质材料以及什么构成粘弹性和橡胶流变学。许多可用作介电聚合物基质材料的材料是可商购的。
介电聚合物基质材料的实例包括但不限于苯乙烯类树脂，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA)、聚苯乙烯(PS)、苯乙烯丙烯腈(SAN)、苯乙烯-丁烷共聚物(SBC)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(SEBS)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物(SIS)和苯乙烯马来酸酐(SMA)；缩醛树脂，例如聚甲醛(POM)；衍生自丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸或甲基丙烯酸酯化合物的聚合物和共聚物，例如丙烯酸烷基酯共聚物(ACM)、聚(丙烯酸)(PAA)、聚丙烯酸钠盐(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯腈(PAN)、聚羟乙基甲基丙烯酸酯(PHEMA)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚烯烃，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(PMP)、聚丁烯-1(PB-1)、聚烯烃弹性体(POE)、聚异丁烯(PIB)、乙丙橡胶(EPR)和乙烯丙烯二烯单体橡胶(EPDM)；聚偏二氯乙烯(PVDC)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；乙烯基树脂和共聚物，例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯乙酸乙烯酯(EVA)；氰基丙烯酸酯；脂肪族或半芳香族聚酰胺，例如聚酰胺尼龙型(PA)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚酰胺酰亚胺(PAI)和芳族聚酰胺；脂肪族或芳香族聚酰亚胺，如聚酰亚胺(PI)；聚碳酸酯，例如烯丙基二甘醇碳酸酯(ADC)和聚碳酸酯(PC)；聚芳醚酮，例如聚芳醚酮(PAEK)和聚醚醚酮(PEEK)；聚酯，例如聚-4-羟基丁酸酯(P4HB)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚己内酯(PCL)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-改性(PETG)、聚乙醇酸(PGA)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚(3-羟基丁酸酯-共-3-羟基戊酸酯(PHBV)、聚羟基己烯酸酯(PHH)、聚羟基辛酸酯(PHO)、聚羟基戊酸酯(PHV)、聚乳酸(PLA)、聚(乳酸-共-乙醇酸)(PLGA)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)；醇酸树脂；邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP)；聚醚，例如聚(对苯醚)(PPE)；酚醛树脂，例如(聚氧苄基亚甲基乙二醇酐)；甲醛树脂，例如三聚氰胺甲醛和脲甲醛(UF)；环氧树脂；聚苯并噁嗪；呋喃树脂；聚砜，例如聚(亚芳基砜)(PAS)、聚醚砜(PES)、聚(双酚-A砜)(PSF)、聚苯砜(PPSU)和聚砜(PSU)；含氟聚合物，例如氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)；聚氨酯和聚脲，例如热塑性聚氨酯(TPU)；多糖，例如壳聚糖、几丁质、果胶、淀粉、纤维素、半纤维素基材料和衍生物；生物塑料及其共混物和其共聚物；聚硅氧烷，例如液体硅酮橡胶、硅酮树脂、硅酮聚合物、硅酮树脂和硅酮聚合物的混合物以及硅酮水凝胶。这些材料中的大多数是可商购的。
在一个实施例中，基质材料是液体硅酮橡胶。本领域技术人员知道如何选择可用作导电组合物中的基质材料的液体硅酮橡胶。液体硅酮橡胶可以由单部分或两部分体系形成，其结合而形成液体硅酮橡胶基质材料。两部分体系可包含第一部分，该第一部分包含每个分子含有两个或更多个键合到硅原子的烯基的有机聚硅氧烷；以及第二部分，该第二部分包含每个分子包含两个或更多个键合到硅原子的氢原子的有机聚硅氧烷；以及在第一部分中的催化剂，典型地是铂基催化剂。本领域技术人员知道如何制备或选择适合作为聚合物基质材料的可商购的液体硅酮橡胶。制造硅酮橡胶的方法是本领域已知的。例如，专利申请号PCT/US 2017/018687(其关于制造液体硅酮橡胶的描述通过引用并入本文)包括对这种方法的描述。
聚硅氧烷可以是聚硅氧烷材料的组合，例如聚硅氧烷树脂和聚硅氧烷聚合物的混合物，其中聚硅氧烷树脂包含“Q”单元(即SiO4/2)并且可以包含一个或多个T(即RSiO3/2)、D(即R2SiO2/2)和M(即R3SiO1/2)单元，其中每个R独立地为C1-C4烃基或氢，并且聚硅氧烷聚合物典型地主要包含D和M单元，但可能包含一些T单元，其中D、M和T单元如上所述。如本文关于聚硅氧烷所使用的，混合物包括物理混合物并且其中聚硅氧烷树脂化学键合至聚硅氧烷聚合物上。
介电基质材料可以是聚硅氧烷水凝胶。聚硅氧烷水凝胶是可商购的。本领域技术人员知道如何选择聚硅氧烷水凝胶用作介电基质材料。制备聚硅氧烷水凝胶的方法是本领域已知的。
介电聚合物基质材料可包含典型地在液体硅酮橡胶中找到的附加材料，例如粘合促进剂、抑制剂和填充剂。本领域技术人员知道如何选择可商购的粘合促进剂、抑制剂和填充剂。
导电填充剂可以由本征导电聚合物、离子聚合物及其盐制成。聚合物的导电性是通过共轭双键(其允许电荷载流子在掺杂状态下自由移动)实现的或通过离子功能实现的。导电聚合物包括例如聚乙炔或聚乙烯、聚吡咯(PPY)、聚噻吩、聚苯胺(PANi)(包括翠绿亚胺(emeraldine)形式)、聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)、聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS)、全氟磺酸或全氟羧酸聚合物，以及奥摩立特(ormolyte)，例如硅氧烷-聚环氧丙烷。导电填充剂可以根据其化学结构用以下掺杂以增强其导电性：p型掺杂剂包括Br2、I2、Cl2和AsF5，n型掺杂剂包括锂、钠和钾，酸性掺杂剂如HBr、d，l-樟脑磺酸(CSA)或十二烷基苯磺酸(DBSA)，抗衡阴离子，如甲苯磺酸盐(Tso)或三氟甲磺酸盐(OTf)；以及用以下溶剂进行特定处理以增强其导电性：甲酚、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙二醇、甘油、山梨糖醇、盐、两性离子、酸、醇、乙二醇和氟化合物。制造导电填充剂、掺杂剂和溶剂的方法在本领域中是已知的并且可商购。
导电组合物可包含通常包含在导电材料中的附加材料。在一个实施例中，导电组合物还包含填充剂。在一个实施例中，导电组合物包含填充剂并且填充剂包含通过用金属材料涂覆非金属颗粒获得的金属化颗粒。颗粒可以是管状、纤维状、球状、珠状、球状粉末状或尺寸范围从纳米至微米的任何种类的颗粒。它们的表面被金属化以增强它们的导电性。金属涂层可以是任何种类的金属，例如银、铜、铂、铁、铝及其合金。颗粒材料可以是玻璃、二氧化硅、炭黑粉、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、塑料或橡胶颗粒。制造金属化颗粒的方法是本领域已知的。许多金属化颗粒是可商购的。
本发明的另一个方面是一种制备导电组合物的方法，其包括以下步骤：将0.1％-5％(w/w)的单壁碳纳米管与介电基质材料结合以形成单壁碳纳米管在介电基质材料中的均匀分散体并减小单壁碳纳米管团聚体的尺寸。
单壁碳纳米管和介电基质材料如上所述。
将单壁碳纳米管和介电基质材料结合形成均匀分散体。可以根据本领域已知的形成均匀分散体的方法进行结合。例如，单壁碳纳米管和介电基质材料可以使用齿式混合器、超声、在均化器中混合或用桨式混合器混合来结合，作为替代方案分散体通过以下方式形成：(ii)将所述单壁碳纳米管与介电基质材料用高剪切混合器混合，(ii)用挥发性流体稀释所述介电基质材料，(iii)将加工助剂与所述单壁碳纳米管和介电基质材料结合，或(iv)，(i)、(ii)或(iii)中的两个或更多个的组合。本领域技术人员知道如何结合介电基质材料和单壁碳纳米管。
制备导电组合物的方法可进一步包括加热、浇注、模塑和成型的附加步骤中的一个或多个。
该方法可以进一步包括将导电组合物形成为电极。本领域技术人员知道如何将导电组合物形成为电极。
制备导电组合物的方法可以在标准温度和压力下进行，作为替代方案从标准温度和压力至升高的温度和压力下进行。本领域技术人员知道用于制备导电组合物的温度和压力。在一个实施例中，导电组合物通过在15℃至30℃，作为替代方案18℃至25℃和在100kPa至200kPa，作为替代方案100kPa至120kPa的压力下产生分散体来制备。
在一个实施例中，制备导电组合物的方法进一步包括将介电基质和SWCNT的组合加热至升高的温度作为替代方案高于室温的温度，作为替代方案30℃至150℃，作为替代方案50℃至130℃，以固化介电基质。本领域技术人员知道如何加热导电组合物以固化介电基质并且知道介电基质何时需要固化。
导电组合物可以在标准容器例如不锈钢反应器或混合罐中制备。本领域技术人员知道如何选择用于制备导电组合物的容器。
导电组合物通过将SWCNT和介电基质材料混合足够长的时间、作为替代方案长达一小时、作为替代方案1min至2小时来制备，以形成SWCNT在介电基质材料中的分散体。
本发明的导电组合物粘附于皮肤并且可用作需要测量生物电信号的医学应用中(例如兽医、消费者、药物或医疗电子设备)的粘合剂。
一种装置，其包括：导电迹线、电极或电连接，其中该导电迹线、电极或电连接包含如上所述的导电组合物。本领域技术人员知道如何制作包含上述导电组合物的电极或电连接。
包含上述导电组合物的粘性贴片或胶带。本领域技术人员知道如何制造包含上述导电组合物的粘性贴片或胶带。
本发明的导电组合物可用于制造可穿戴电子产品，例如电极。制造导电填充剂的方法产生具有改善的阻抗和粘合特性的导电材料。
实例
给出以下实例来更好地说明本发明的方法，但不应被认为限制在所附权利要求中描述的本发明。除非另有说明，否则实例中报道的所有份数和百分比都是按重量计。下表描述了实例中使用的缩写：
表1.在实例中使用的缩写和术语列表。
缩写 单词
wt 重量
％ 百分比
mol 摩尔
hr 小时
℃ 摄氏度
mL 毫升
cm 厘米
SWCNT 单壁碳纳米管
MWCNT 多壁碳纳米管
TEM 透射电子显微镜
ECG 心电图
Mm 毫米
S 秒
V 伏特
mV 毫伏
Kg 千克
实例中使用的材料列表
LiveoTM QP1-250液体硅酮橡胶(液体硅酮橡胶是两部分铂催化的弹性体。热固化后，得到的弹性体由二氧化硅增强的交联二甲基和甲基-乙烯基硅氧烷共聚物组成)。
LiveoTM MG 7-1010柔性皮肤粘合剂(柔性皮肤粘合剂是两部分铂催化的低粘度硅酮粘合剂凝胶)。
炭黑＝卡博特(Cabot)VXC72批次4585896，cas：1333-86-4
MWCNT NC7000TM，来自Nanocyl公司(多壁碳纳米管由多壁碳纳米管粉末组成)。
SWCNT，来自奥科希艾尔公司(单壁碳纳米管由单壁碳纳米管粉末组成(95％的SWCNT))。
SWCNT基质601，来自奥科希艾尔公司(基质601由单壁碳纳米管在聚二甲基硅氧烷流体中的10wt％分散体组成)。
道康宁TI-1050流体100cSt-粘度为100cSt的聚二甲基聚硅氧烷。
Intexar产品(用于在弹性膜和纺织基底上印刷低压电路的可拉伸银导体糊剂。PE873是含银导体)：
■PET膜上的PET PE 874
■PET膜上的PET PE 876
■PET膜上的TPU PE 874
■PET膜上的TPU PE 876
PTFE-聚四氟乙烯，Durafilm，135′500A X 12
Mylar(增强)，卷宽度：12英寸(ID：MMQSD0104309001)
测试方法
粘附剥离：用于测量硅酮粘合带样品的剥离粘合力的设备是型号为TA-XT Plus的Stable Micro Systems质构分析仪。
剥离测试的设置如下：180℃；测试速度-10mm/s；夹具之间的距离-115mm；荷重元-5kg。将粘合剂涂在聚酯基底上并在聚碳酸酯基底而不是皮肤上测量样品粘合力。
电导率：
电流测量导致体积电阻率计算：
将导电材料(已知长度、宽度和厚度)通过鳄鱼夹连接到源表(source meter)(Keithley 2450源表)。施加电压(在5mV与10V之间)并测量电流(检测限为1.05A)(在5个点或使用200个点的线性双扫描)。体积电阻率通过以下公式计算：
Figure BDA0004100589720000101
Figure BDA0004100589720000102
其中：
R＝电阻(Ohm或Ω)-U＝电压(V)-I＝电流(A)-ρ＝电阻率(Ohm mΩ.m)-S＝表面(m2)-L＝长度(m)
ANSI/AAMI EC 12：2000标准测试
该标准的目的是提供最低限度的标定、安全和性能要求，这些要求将有助于确保临床使用一次性心电图(ECG)电极的安全性和有效性。
电极背靠背连接，因此不需要人类受试者。测试的参数和性能要求如下表所列出。
Figure BDA0004100589720000111
标准测试的结果(通过/失败)如下：
Figure BDA0004100589720000112
形态：
TEM：
样品制备：
样品以厚膜(＜500μm厚)提供。使用刀片从膜上切下子部分。子部分测量为8mm x0.75mm x原始样品厚度。将子部分嵌入环氧树脂中(使用100∶23树脂∶硬化剂重量比)。使用以下切片机中的设置收集100nm厚的部分(来自0.75mm x原始样品厚度平面)。在低温下将部分收集到涂有碳的TEM网格上并使用Gatan低温传输杆在低于-40℃下在TEM中传输并成像网格。使用TEM中的Gatan OneView相机使用下表列出的条件收集图像：
切片机 条件 TEM 条件
型号 Leica UC7 型号 JEOL FS2200
刀 MicroStar 45°，干 来源 冷-FEG
温度 -140℃ 加速电压 200kV
进料 100nm 放大倍数 2、8、10、40Kx
速度 1.2mm/s 方法 网格上的部分
成像温度 低温(低于-40℃)
通过TEM拍摄的膜的形态图像在图1-3中
模拟器：Fluke Impulse 6000D除颤器分析仪
此测试允许模拟ECG信号，而无需人体皮肤接触两个电极/电极原型。
将两个电极放置在模拟器上并使用以下参数进行分析：
·信号：正常正弦，60bpm
·连接：引线-I(RA：-ve；LA：+ve，LL：G)
·测量时间：约2min
·分析段长：8s
·给出参考信号和模拟信号
分析的结果在图4和5中
流变学
SSA：
在具有25mm不锈钢平行板的TA ARES-G2流变仪上进行应变扫描。将样品放置在板之间以实现约0.5mm的间隙，并修整多余部分。应变扫描在32℃下以2rad/s的速度从0.1％至100％应变进行。数据收集设置为5pts/十倍程(decade)。
在具有25mm不锈钢平行板的TA ARES-G2流变仪上进行频率扫描。将样品放置在板之间以实现约0.5mm的间隙，并修整多余部分。频率扫描在32℃下从1rad/s至100rad/s进行，应变为10％(在线性粘弹性区域)。数据收集设置为5pts/十倍程。
在具有25mm不锈钢平行板的TA ARES-G2流变仪上测量粘度。使用0.5mm的间隙和2.61rad/s的流分析，持续10min。
固化特性使用Alpha Technologies MDR2000使用以下条件确定：5+/-0.05g材料，50LB-英寸扭矩范围，130℃和6min测试时间。
LSR：
在具有25mm不锈钢平行板的TAARES-G2流变仪上进行应变扫描。将样品放置在板之间以实现约0.5mm的间隙，并修整多余部分。应变扫描在25℃下以10rad/s的速度从0.1％至100％应变进行。数据收集设置为5pts/十倍程。
在具有25mm不锈钢平行板的TA ARES-G2流变仪上进行频率扫描。将样品放置在板之间以实现约0.5mm的间隙，并修整多余部分。频率扫描在25℃下从0.1rad/s至100rad/s进行，应变为0.5％(在线性粘弹性区域)。数据收集设置为5pts/十倍程。
固化特性使用Alpha Technologies MDR2000使用以下条件确定：5+/-0.05g材料，50LB-英寸扭矩范围，150℃和6min测试时间。
混合过程&应用过程
称重MWCNT和流体预混料并使用齿式混合器以1000rpm混合3分钟并且然后以2000rpm混合30秒。称重CNT或预混合的MWCNT和部分B并使用齿式混合器以2400rpm混合30秒并且然后以最大功率混合15秒。然后用螺旋桨式混合器混合10分钟。然后添加部分A并以2400rpm混合30秒，然后用木铲手动混合并且然后使用齿式混合器以最大功率再次混合30秒。使用模具将产品倒入两个PTFE片材或一个Intexar基底与一个PTFE片材或两个Intexar基底之间，以获得2mm厚的片材或0.0025英寸至0.04英寸的垫片。然后将它放在两个金属板之间。对于LSR，将金属板放入Lescuyer压力机中，在100巴的压力、120℃的温度下持续10分钟。对于SSA，将金属板放入Lescuyer压力机中，在室温、100巴的压力下持续5分钟，并且然后移除金属板并将材料放入120℃的烘箱中持续10分钟。
配制品
Figure BDA0004100589720000141
对比测试
各种CNT的演化
将由独立式LSR材料制成的样品切成8cm x 2cm。在10V下进行电流测量。(负载有1.5％各种CNT的LSR QP1-250在10V时的体积电阻率)。测量图表是在图6中
Figure BDA0004100589720000142
SWCNT基质601不同负载水平的演化
将由独立式负载LSR材料制成的样品切割成8x2cm。在10V下进行电流测量。(负载有0.5％-1％或1.5％(w/w)SWCNT的LSR QP1-250在10V时的体积电阻率)。测量图表是在图7中。
实例2(配制品4) LSR QP1-250，SWCNT基质601负载量0.5％(w/w)
实例3(配制品5) LSR QP1-250，SWCNT基质601负载量1％(w/w)
实例1(配制品3) LSR QP1-250，SWCNT基质601负载量1.5％(w/w)
厚度影响
由负载LSR涂覆在由PET PE 876制成的Intexar原型电极上制成的样品。(电阻率对电压-由在PET PE 876上的LSR QP1-2501.5％(w/w)SWCNT基质601制成的上下电极)。测量图表是在图8中
Figure BDA0004100589720000151
用涂覆在PET PE874上的负载1.5％SWCNT基质601的SSA MG7-1010制成的样品。测量图表是在图9中。
Figure BDA0004100589720000152
界面影响
在2个Intexar电极PET PE 674之间涂覆的负载1.5％SWCNT的LSR(在2个intexar电极PET PE674之间涂覆的负载1.5％CNT2的LSR的电阻率对电压)。结果图表是在图10中
Figure BDA0004100589720000153
样品的配置如图11中所示
转移影响
由负载1.5％(w/w)SWCNT基质601的SSA MG7-1010制成的转移涂覆电极的计算体积电阻率作为电压的函数。结果图表是在图12中
Figure BDA0004100589720000161

Claims (18)

1.一种导电组合物，其包含：
(a)高达5％(w/w)的单壁碳纳米管在
(b)介电聚合物基质材料中的均匀分散体。
2.根据权利要求1所述的导电组合物，其中，(I)所述介电聚合物基质材料是非水性硅氧烷基材料，(II)所述单壁碳纳米管是尺寸减小的，(III)所述单壁碳纳米管具有最大粒径直径，(IV)所述单壁碳纳米管已经过处理以减少团聚，或(V)，(I)、(II)、(III)和(IV)中的两个或更多个的组合。
3.根据权利要求2所述的导电组合物，其中，所述非水性硅氧烷基材料(I)是热固性塑料或热塑性塑料。
4.根据权利要求3所述的导电组合物，其中，所述热固性塑料或热塑性塑料是弹性体并且所述弹性体的流变学是从橡胶到粘弹性的。
5.根据权利要求4所述的导电组合物，其中，所述弹性体是聚硅氧烷弹性体。
6.根据前述权利要求中任一项所述的导电组合物，其进一步包含填充剂。
7.根据权利要求6所述的导电组合物，其中，所述填充剂为二氧化硅、硅氧烷树脂、导电填充剂或其组合。
8.根据权利要求7所述的导电组合物，其中，所述填充剂是选自由以下组成的组的导电填充剂：富勒烯、石墨、石墨纤维、石墨烯、剥离石墨纳米片、金属或金属化颗粒。
9.根据前述权利要求中任一项所述的导电组合物，其中，所述导电组合物粘附于皮肤、角质基底或粘膜。
10.根据前述权利要求中任一项所述的导电组合物，其中，所述组合物从身体或向身体传输电信号或热信号。
11.根据前述权利要求中任一项所述的导电组合物，其中，所述组合物增加了物质的扩散。
12.根据前述权利要求中任一项所述的导电组合物，其中，所述组合物在兽医、消费品、药物或医疗电子设备中形成电极或电连接。
13.一种包含根据权利要求10所述的导电组合物的粘性贴片或胶带。
14.一种装置，其包括：导电迹线、电极或电连接，其中所述导电迹线、电极或电连接包含根据权利要求1-13中任一项所述的组合物。
15.一种制备导电的组合物的方法，其包括以下步骤：将0.1-5％的单壁碳纳米管与介电基质材料结合以形成所述单壁碳纳米管在所述介电基质材料中的均匀分散体并减小所述单壁碳纳米管团聚体的尺寸。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述介电基质材料为硅酮材料。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述分散体通过以下方式形成：(ii)将所述单壁碳纳米管与介电基质材料用高剪切混合器混合，(ii)用挥发性流体稀释所述介电基质材料，(iii)将加工助剂与所述单壁碳纳米管和所述介电基质材料结合，或(iv)，(i)、(ii)或(iii)中的两个或更多个的组合。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其进一步包括将所述导电组合物形成电极。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114758892A (zh) * 2022-05-09 2022-07-15 弘润清源(北京)科技有限责任公司 一种介电凝胶基质的制备方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011024044A2 (en) * 2009-08-26 2011-03-03 Indian Institute Of Technology Madras Method and apparatus for tunable electrical conductivity
US20120241686A1 (en) * 2011-03-23 2012-09-27 Jos Bastiaens Carbon nanotube masterbatch, preparation thereof, and use in forming electrically conductive thermoplastic composition
CN103426498A (zh) * 2012-05-17 2013-12-04 复旦大学 一种碳纳米管导电浆料及其制备方法
WO2014150302A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-25 Dow Corning Corporation Conductive silicone materials and uses
US20170221599A1 (en) * 2016-01-29 2017-08-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Conductive composite, manufacturing method thereof, and electronic device including same
WO2018027117A1 (en) * 2016-08-04 2018-02-08 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Ultra-soft coatings for interfaces with brain and other soft tissues
RU2016145182A3 (zh) * 2016-11-17 2018-05-17
EP3357414A1 (en) * 2017-02-01 2018-08-08 Universitat Rovira I Virgili Biosensor for detecting biological fluid
WO2018191317A1 (en) * 2017-04-10 2018-10-18 Battelle Memorial Institute Mixed ionic electronic conductors for improved charge transport in electrotherapeutic devices
CN109563285A (zh) * 2016-08-04 2019-04-02 通用纳米有限责任公司 碳纳米管膜结构及其制备方法
CN110589808A (zh) * 2014-01-31 2019-12-20 日本瑞翁株式会社 碳纳米管分散液、导电膜及导电性膜
WO2020063799A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-02 Dow Silicones Corporation Liquid silicone rubber composition

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8137653B1 (en) 2011-01-30 2012-03-20 Mcd Technologies S.A R.L. System and method for producing carbon nanotubes
WO2015081031A1 (en) * 2013-11-27 2015-06-04 Polyone Corporation Electrically conductive polycarbonate compounds

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011024044A2 (en) * 2009-08-26 2011-03-03 Indian Institute Of Technology Madras Method and apparatus for tunable electrical conductivity
US20120241686A1 (en) * 2011-03-23 2012-09-27 Jos Bastiaens Carbon nanotube masterbatch, preparation thereof, and use in forming electrically conductive thermoplastic composition
CN103426498A (zh) * 2012-05-17 2013-12-04 复旦大学 一种碳纳米管导电浆料及其制备方法
WO2014150302A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-25 Dow Corning Corporation Conductive silicone materials and uses
CN110589808A (zh) * 2014-01-31 2019-12-20 日本瑞翁株式会社 碳纳米管分散液、导电膜及导电性膜
US20170221599A1 (en) * 2016-01-29 2017-08-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Conductive composite, manufacturing method thereof, and electronic device including same
WO2018027117A1 (en) * 2016-08-04 2018-02-08 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Ultra-soft coatings for interfaces with brain and other soft tissues
CN109563285A (zh) * 2016-08-04 2019-04-02 通用纳米有限责任公司 碳纳米管膜结构及其制备方法
RU2016145182A3 (zh) * 2016-11-17 2018-05-17
EP3357414A1 (en) * 2017-02-01 2018-08-08 Universitat Rovira I Virgili Biosensor for detecting biological fluid
WO2018191317A1 (en) * 2017-04-10 2018-10-18 Battelle Memorial Institute Mixed ionic electronic conductors for improved charge transport in electrotherapeutic devices
WO2020063799A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-02 Dow Silicones Corporation Liquid silicone rubber composition

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