一种碳纳米管与PDMS导电复合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管与PDMS导电复合物及其制备方法，该方法包括以下步骤：将碳纳米管粉末与挥发性溶剂混合；超声处理制得碳纳米管分散液；将PDMS单体与挥发性溶剂混合；超声处理制得PDMS单体分散液；将碳纳米管分散液与PDMS单体分散液混合，超声处理使之分散均匀；蒸发掉混合物中的挥发性溶剂；加入固化剂进行固化。本发明专利技术的导电复合物制备方法能够提高碳纳米管的分散性，改善碳纳米管与PDMS导电复合物中的导电网络，提高导电复合物的导电性能。

A Conductive Composite of Carbon Nanotubes and PDMS and Its Preparation Method

The invention discloses a conductive composite of carbon nanotubes and PDMS and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: mixing carbon nanotubes powder with volatile solvents; preparing carbon nanotubes dispersion solution by ultrasonic treatment; mixing PDMS monomer with volatile solvents; preparing PDMS monomer dispersion solution by ultrasonic treatment; mixing carbon nanotubes dispersion solution with PDMS monomer dispersion solution, and ultrasonic treatment. It disperses evenly, evaporates volatile solvents in the mixture, and solidifies with curing agent. The preparation method of the conductive composite can improve the dispersion of carbon nanotubes, the conductive network in the conductive composite of carbon nanotubes and PDMS, and the conductive performance of the conductive composite.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管与PDMS导电复合物及其制备方法
本专利技术涉及复合导电材料，特别是涉及一种碳纳米管与PDMS导电复合物及其制备方法。
技术介绍
心血管疾病作为世界人民的“头号杀手”，其主要诊断依据来自于心电图。心脏在每个心动周期，心肌细胞去极、复极所产生的电信号可在体表形成电位差。将若干电极连接于肢体，对生物电流进行采样后可得到心电图。目前临床上普遍采用Ag/AgCl电极采集生理电信号。这种湿电极不仅会刺激皮肤，并且导电膏会随着时间的增加而逐渐干涸，无法长期进行生理电信号的监测。使用聚合物的复合干电极可以很好的解决上述问题，聚合物具有柔性和生物兼容性，故可舒适的长期使用。经过对现有技术文献的检索发现，目前使用聚合物作为柔性基底的干电极可分为两类。第一类是将金属材料转移到聚合物表面形成导电薄膜，如中国专利申请201310240424.0报道了溅射金属层至聚合物表面的柔性电极制备方法，但金属材料干电极抗干扰能力差、抗腐蚀性低，运动伪迹明显，依旧无法克服在长期监测生理电信号的难题。第二类是将导电微粒如金属纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯片等与聚合物混合形成导电复合材料。碳纳米管具有高长径比和随机排列性，可在空间内形成良好的导电网络，故为最佳的导电填充材料。导电复合材料中的聚合物一般选用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)，由于其具有良好的机械性能和生物兼容性，被广泛的应用于医学材料领域。中国专利申请201310290230.1公开了使用碳纳米管和PDMS材料制备柔性生理干电极的方法。然而，由于碳纳米管比表面积较高而引起较大的范德华力，在分散的时候极容易形成团聚，无法形成良好的导电网络。因此，如何使碳纳米管在PDMS有效均匀分散，改善碳纳米管和PDMS导电复合物的导电网络，提高导电性能，是现有技术亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种碳纳米管与PDMS导电复合物及其制备方法，以获得具有高度分散性的碳纳米管的导电复合物，提高导电复合物的导电性能。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种碳纳米管与PDMS导电复合物的制备方法，包括以下步骤：将碳纳米管粉末与挥发性溶剂混合；超声处理制得碳纳米管分散液；将PDMS单体与挥发性溶剂混合；超声处理制得PDMS单体分散液；将碳纳米管分散液与PDMS单体分散液混合，超声处理使之分散均匀；蒸发掉混合物中的挥发性溶剂；加入固化剂进行固化。进一步地：所述挥发性溶剂为正己烷、无水乙醇、甲苯中的一种或多种。所述碳纳米管为多壁碳纳米管，优选为长度45-55μm、内径3-5nm、外径8-15nm的多壁碳纳米管，最优选的长度为50μm。所述的超声处理制得碳纳米管分散液的步骤包括：采用超声波细胞粉碎机将碳纳米管与挥发性溶剂的混合物在冰浴条件下进行超声分散1h-4h。所述的超声处理制得PDMS单体分散液的步骤包括：使用超声波清洗机将PDMS单体与挥发性溶剂的混合物处理30min-2h。所述的碳纳米管分散液与PDMS单体分散液混合，超声处理的步骤包括：使用超声波清洗机处理4h-9h。所述的蒸发掉混合物中挥发性溶剂的步骤包括：使用恒温磁力搅拌水浴锅在恒温70℃下搅拌30min-3h。所述固化剂质量与PDMS单体质量比为1:5-1:10。加入固化剂后还进行磁力搅拌10min-20min。一种碳纳米管与PDMS导电复合物，是使用所述的制备方法制备得到的碳纳米管与PDMS导电复合物。专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，提供一种碳纳米管与PDMS导电复合物的制备方法，首先分别制得碳纳米管分散液和PDMS分散液，接着将两种分散液混合后，再通过超声处理得到均质的碳纳米管、PDMS和挥发性溶剂的混合物。蒸干可挥发性溶剂后加入固化剂即可得到均质的、导电性能良好的碳纳米管-PDMS复合材料。本专利技术的制备方法能够将碳纳米管高度分散于PDMS中，形成具有良好导电性能的碳纳米管-PDMS复合材料。制备的碳纳米管-PDMS导电复合材料可用于采集生理电信号干电极的制作，制得的干电极不仅导电性能好，还与皮肤具有粘附性和共形性，可有效的抑制运动伪迹，减小接触阻抗。在优选的方案中，本专利技术采用多壁碳纳米管(MultiwallCarbonNanotubes,MWCNT)而非单壁碳纳米管作为与PDMS复合的导电微粒。专利技术人发现，单壁碳纳米管的管径很小，由于其比表面能很高，在分散时更容易形成团聚，而多壁碳纳米管相对于单壁碳纳米管更容易进行分散，专利技术人还经大量实验后发现，采用长度45-55μm、内径3-5nm、外径8-15nm的多壁碳纳米管，与PDMS混合的分散效果最佳，所得到的导电复合物的导电性能最好。在优选的方案中，本专利技术采用正己烷作为挥发性溶剂；专利技术人发现，采用正己烷溶剂作为溶剂，多壁碳纳米管和PDMS单体在正己烷溶剂中极容易分散，能够很好地提高分散效率，有利于获得最佳的分散效果。附图说明图1是本专利技术实施例的MWCNT-PDMS导电复合物制备方法的流程方框图。图2是本专利技术实施例的MWCNT-PDMS导电复合物制备方法的工艺流程图。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。参阅图1和图2，在一种实施例中，一种碳纳米管与PDMS导电复合物的制备方法，包括以下步骤：将碳纳米管粉末与挥发性溶剂混合；超声处理制得碳纳米管分散液；将PDMS单体与挥发性溶剂混合；超声处理制得PDMS单体分散液；将碳纳米管分散液与PDMS单体分散液混合，超声处理使之分散均匀；蒸发掉混合物中的挥发性溶剂；加入固化剂进行固化。在优选的实施例中，所述挥发性溶剂为正己烷、无水乙醇、甲苯中的一种或多种。在优选的实施例中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，优选为长度45-55μm、内径3-5nm、外径8-15nm的多壁碳纳米管，最优选的长度为50μm。在优选的实施例中，所述的超声处理制得碳纳米管分散液的步骤包括：采用超声波细胞粉碎机将碳纳米管与挥发性溶剂的混合物在冰浴条件下进行超声分散1h-4h。在优选的实施例中，所述的超声处理制得PDMS单体分散液的步骤包括：使用超声波清洗机将PDMS单体与挥发性溶剂的混合物处理30min-2h。在优选的实施例中，所述的碳纳米管分散液与PDMS单体分散液混合，超声处理的步骤包括：使用超声波清洗机处理4h-9h。在优选的实施例中，所述的蒸发掉混合物中挥发性溶剂的步骤包括：使用恒温磁力搅拌水浴锅在最佳的恒温70℃下搅拌30min-3h。在优选的实施例中，所述固化剂质量与PDMS单体质量比为1:5-1:10。在优选的实施例中，加入固化剂后还进行磁力搅拌10min-20min，搅拌均匀之后，完成固化。一种碳纳米管与PDMS导电复合物，是使用所述的制备方法制备得到的碳纳米管与PDMS导电复合物。请参阅图2，在本专利技术的一典型的较佳实施例中，MWCNT-PDMS导电复合物制备方法包括以下步骤：步骤(a)：将MWCNT粉末与挥发性有机溶剂进行混合；较佳地，采用长度50μm、内径3-5nm、外径8-15nm的多壁碳纳米管，且使用正己烷溶剂作为挥发性溶剂。步骤(b)：使用细胞粉碎机(型号新芝SCIEN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管与PDMS导电复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳纳米管粉末与挥发性溶剂混合；超声处理制得碳纳米管分散液；将PDMS单体与挥发性溶剂混合；超声处理制得PDMS单体分散液；将碳纳米管分散液与PDMS单体分散液混合，超声处理使之分散均匀；蒸发掉混合物中的挥发性溶剂；加入固化剂进行固化。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管与PDMS导电复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳纳米管粉末与挥发性溶剂混合；超声处理制得碳纳米管分散液；将PDMS单体与挥发性溶剂混合；超声处理制得PDMS单体分散液；将碳纳米管分散液与PDMS单体分散液混合，超声处理使之分散均匀；蒸发掉混合物中的挥发性溶剂；加入固化剂进行固化。2.根据权利要求1所述的碳纳米管与PDMS导电复合物的制备方法，其特征在于，所述挥发性溶剂为正己烷、无水乙醇、甲苯中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的碳纳米管与PDMS导电复合物的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，优选为长度45-55μm、内径3-5nm、外径8-15nm的多壁碳纳米管，最优选的长度为50μm。4.根据权利要求1至3任一项所述的碳纳米管与PDMS导电复合物的制备方法，其特征在于，所述的超声处理制得碳纳米管分散液的步骤包括：采用超声波细胞粉碎机将碳纳米管与挥发性溶剂的混合物在冰浴条件下进行超声分散1h-4h。5.根据权利要求1至4任一项所述的碳纳米管与PDMS导电复合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：董瑛，池淼，王晓浩，张旻，钱翔，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44