一种可拉伸柔性导电复合材料、其制备方法及用途技术

本发明专利技术提供一种可拉伸柔性导电复合材料，该复合材料包括镀金属导电颗粒和弹性聚合物。所述镀金属导电颗粒是以聚合物颗粒为核，核表面镀有金属。所述镀金属导电颗粒不易在弹性聚合物溶液中沉积，制备的可拉伸柔性导电复合材料结构均匀、性能稳定，无需支撑结构，且所制镀金属导电颗粒的粒径容易调控，能够加工成合适的尺寸，有利于降低导电复合材料的渗流阈值，可制备厚度＜100μm的柔性导电薄膜。此外，本发明专利技术制备的可拉伸柔性导电复合材料导电率为6.5×10

Stretchable flexible conductive composite material, preparation method and application thereof

The invention provides a stretchable flexible conductive composite material comprising a plated metal conductive particle and an elastic polymer. The plated metal conductive particles are made of polymer particles and are plated with metal on the core surface. The plated metal conductive particles to deposited in the elastic polymer solution, preparation of stretchable flexible conductive composite uniform structure, stable performance, without support structure, and the plated metal conductive particle size easy to control, can be processed into the appropriate size, is helpful to reduce the percolation threshold of electrically conductive composite material flexible conductive film preparation, thickness < 100 m. In addition, the conductivity of the stretchable flexible conductive composite prepared by the invention is 6.5 * 10

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸柔性导电复合材料、其制备方法及用途
本专利技术涉及导电复合材料
，具体涉及一种可拉伸柔性导电复合材料、其制备方法及用途。
技术介绍
可拉伸柔性导电材料是一种具有机械拉伸及恢复能力的电导体材料，能适应较大程度的拉伸、弯曲等机械形变，可用于柔性电路、可穿戴电子等新兴电子领域。导电复合材料的简便制备方法通常是由聚合物基体材料与导电填料复合而成，且导电填料的含量必须高于其渗流阈值才具备稳定的导电性能。要想获得高电导率的复合材料，一般需使用金、银等高电导率的纯金属作为导电填料。一方面，金、银作为价格昂贵的金属材料，高填充量必然带来高成本；另一方面，由于纯金属金或银的密度较大(分别约为19.32g/cm3与10.5g/cm3)，在与弹性聚合物溶液复合过程中容易出现比较严重的沉降问题，导致制得的导电复合材料不均匀、性能不稳定。为降低成本，CN101419851A选用碳系导电材料如石墨粉、碳纤维、膨胀石墨、炭黑、焦炭、碳纳米管或其组合物等作为填料制备复合导电材料，该方法使用热压或捏合成型，工艺较为复杂，所制导电复合材料最大电导率为150～200S/cm，仍然偏低。为了解决导电填料密度过大易沉降与金银贵金属成本较高的问题，将金、银等贵金属沉积在低密度廉价材料表面，形成表面镀金属的核壳结构导电填料，既可降低填料的密度又可降低填料的成本，与此同时还可很大程度上保留金银等金属的高电导率特性。CN105225768A利用镀银玻璃微珠与镀银玻璃纤维为导电填料，与稀释的PDMS混合均匀并固化得到三明治结构的柔性导电膜。与之类似的，CN105153447A利用镀铜玻璃微珠与镀铜玻璃纤维为导电填料，与稀释的PDMS混合均匀并固化得到三明治结构的柔性导电膜。这两项专利技术专利就是利用表面镀金属的材料为导电填料达到降低成本，同时提高电导率的目的。其制备原理是利用镀银或镀铜玻璃微珠与镀银或镀铜玻璃纤维导电填料的相对较高密度(相对纯银或铜，该填料的密度较低，但相对稀释的PDMS溶液，其密度仍较高)，使之在与稀释的PDMS混合后逐渐沉降在预制备好的PDMS膜表面，形成夹芯的三明治结构导电膜。虽然这两项专利技术专利一定程度上降低了填料成本，但所制导电膜的导电性并无显著提升(电阻率约为10-2Ω·cm)。电导率相对偏低的原因与其所用导电填料的粒径尺寸有关，玻璃微珠的粒径通约为10μm～150μm，玻璃纤维的直径约为10μm～30μm，长度约为20μm～150μm。过大的填料尺寸导致导电复合材料的渗流阈值偏高，导电网络通路减少，进而使电导率不高。该三明治结构导电膜的另一缺点是使其不具有本体各向同性导电能力，只在中间的夹层部位具备导电性能，限制了其应用范围。此外，由于该三明治结构导电膜填料尺寸过大，为保证有足够的PDMS将导电填料完全覆盖，PDMS的相对使用量要求比较高(5:1～5，即50％～83％)，最终导致整个三明治导电膜的厚度较大(0.4～1mm)，导致拉伸应变较小(最大拉伸应变100％)。从现有技术看，复合材料的导电率与拉伸率和填料的含量有关，填料含量越高，导电率也越高，但拉伸率下降，开发一种导电率高同时拉伸应变大的弹性导电复合材料具有重要意义。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种可拉伸柔性导电复合材料，其包括：(1)镀金属导电颗粒；所述镀金属导电颗粒是以聚合物颗粒为核，核表面镀有金属；(2)弹性聚合物。本专利技术所述的“包括”，意指其除所述镀金属导电颗粒和弹性聚合物外，还可以包括其他导电颗粒，例如金属颗粒、镀银玻璃纤维、石墨粉、碳纳米管等；还可以包括其他组分，例如抗老化剂、增韧剂等，这些组分赋予所述可拉伸柔性导电复合材料不同的特性。除此之外，本专利技术所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。本专利技术选用聚合物颗粒为镀银导电颗粒的核，所制镀金属导电颗粒密度小、不易在弹性聚合物溶液中沉积，制备的可拉伸柔性导电复合材料结构均匀、性能稳定，无需支撑结构，且所制镀金属导电颗粒的粒径容易调控，能够加工成合适的尺寸，有利于降低导电复合材料的渗流阈值，同时有利于制备厚度较小的柔性导电薄膜，可制备厚度＜100μm的柔性导电薄膜。此外，本专利技术制备的可拉伸柔性导电复合材料导电率为6.5×102S/m～2×105S/m，同时拉伸率保留了弹性聚合物固有拉伸率的30％～80％。本专利技术所述镀金属导电颗粒的中值粒径为100nm～100μm，例如110nm、130nm、160nm、196nm、205nm、300nm、500nm、700nm、900nm、1μm、1.6μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8.5μm、9.8μm、11μm、16μm、20μm、30μm、40μm、56μm、72μm、81μm、93μm或99μm等，优选200nm～10μm。优选地，所述聚合物颗粒的体积密度小于1.5g/cm3，例如0.6g/cm3、0.7g/cm3、0.8g/cm3、0.82g/cm3、0.85g/cm3、0.89g/cm3、0.91g/cm3、0.94g/cm3、0.98g/cm3、1g/cm3、1.06g/cm3、1.11g/cm3、1.15g/cm3、1.18g/cm3、1.2g/cm3、1.26g/cm3、1.32g/cm3、1.43g/cm3或1.49g/cm3等，优选0.8～1.2g/cm3。以聚合物颗粒为核可以将所述镀金属导电颗粒加工成比现有技术中的以玻璃微珠或玻璃纤维等为核的镀金属导电颗粒更小的尺寸，有利于进一步降低导电复合材料的渗流阈值，同时有利于制备厚度较小的柔性导电薄膜或线宽较小的导电线路；聚合物颗粒密度小于1.5g/cm3，降低了镀金属导电颗粒的体积密度，不易沉降，进一步提高了镀金属导电颗粒在弹性聚合物中的分散性。优选地，所述聚合物颗粒包括交联聚苯乙烯(PS)、交联聚丙烯酸(PAA)、交联聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚二乙烯基苯(PDVB)中的任意1种或至少2种聚合物的组合，其中典型但非限制性的组合为：PS和PAA、PMMA和PDVB、PAA和PMMA。优选地，所述聚合物颗粒优选为球形，也可以是立方体形、棱柱形、圆锥形或者其他结构。本专利技术采用通过选用合适尺寸的所述镀金属导电颗粒，有利于降低导电复合材料的渗流阈值，有效提高复合材料的电导率，降低镀金属导电颗粒的填充量，同时节省成本。当聚合物颗粒可以是球形时，其比表面较大，金属镀层的负载量较大，有效提高复合材料的导电率和各项同性导电能力。本专利技术所述可拉伸柔性导电复合材料中镀金属导电颗粒所占的百分比为10～95wt％，例如11wt％、20wt％、30wt％、42wt％、53wt％、64wt％、71wt％、79wt％、84wt％、88wt％、90wt％、93wt％或95wt％，优选40～85wt％。本专利技术所述金属的导电率为5×105～6.3×107S/m，例如5.2×105S/m、8×105S/m、1.2×106S/m、1.8×106S/m、2.4×106S/m、3.2×106S/m、4×106S/m、4.9×106S/m、5.1×106S/m、8×106S/m、1×107S/m、2×107S/m、3×107S/m、4×107S/m、5.5×本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可拉伸柔性导电复合材料，其特征在于，包括：(1)镀金属导电颗粒；所述镀金属导电颗粒是以聚合物颗粒为核，核表面镀有金属；(2)弹性聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸柔性导电复合材料，其特征在于，包括：(1)镀金属导电颗粒；所述镀金属导电颗粒是以聚合物颗粒为核，核表面镀有金属；(2)弹性聚合物。2.如权利要求1所述的可拉伸柔性导电复合材料，其特征在于，所述镀金属导电颗粒的中值粒径为100nm～100μm，优选200nm～10μm；优选地，所述聚合物颗粒的体积密度小于1.5g/cm3，优选0.8～1.2g/cm3；优选地，所述聚合物颗粒包括交联聚苯乙烯、交联聚丙烯酸、交联聚甲基丙烯酸甲酯或聚二乙烯基苯中的任意1种或至少2种聚合物的组合；优选地，所述聚合物颗粒为球形。3.如权利要求1或2所述的可拉伸柔性导电复合材料，其特征在于，所述可拉伸柔性导电复合材料中镀金属导电颗粒所占的百分比为10～95wt％，优选40～85wt％。4.如权利要求1～3任一项所述的可拉伸柔性导电复合材料，其特征在于，所述金属的导电率为5×105～6.3×107S/m，优选5×106S/m～6.3×107S/m；优选地，所述金属包括金、银、镍、铜、铝、钨、铂或铁中的任意1种或至少2种的组合；优选地，所述镀金属导电颗粒中金属镀层所占的百分比为10～95wt％，优选30～80wt％。5.如权利要求1～4任一项所述的可拉伸柔性导电复合材料，其特征在于，所述弹性聚合物包括聚二甲基硅氧烷、聚硅氧烷弹性体、聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的任意1种或至少2种聚合物的组合，优选聚二甲基硅氧烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡友根，孙蓉，赵涛，朱朋莉，朱玉，张愿，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44