一种束状柔性导电纳米纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种束状柔性导电纳米纤维及其制备方法，属于柔性导电纳米材料技术领域。本发明专利技术的纳米纤维为纳米纤维束及纳米导电材料组成的束状结构，所述纳米导电材料均匀的分布在纳米纤维束的内部和外部；本发明专利技术的制备方法为将制备好的纳米纤维束牵引至导电纳米悬浮液中，该纳米纤维束可以在该溶剂中分散得到蓬松结构，导电的纳米颗粒就会进入到纤维束之间的间隙，经超声或振荡一段时间后将该纤维束牵引出溶剂，原来蓬松的结构又会紧紧的结合在一起，将导电的纳米颗粒限域在纤维束中得到导电的纳米纤维束。本发明专利技术的制备方法简单，制备得到不仅具备良好的导电性，而且具备较好的柔性，适用于柔性电子器件电极等领域的纳米纤维。

Bundle flexible conductive nano fiber and preparation method thereof

The invention discloses a bundle flexible conductive nano fiber and a preparation method thereof, belonging to the technical field of flexible conductive nano materials. Bundle structure of nano fiber of the invention is composed of nano fibers and nano conductive material, wherein the nano conductive material is evenly distributed in the nano fiber bundle inside and outside; the preparation method of the invention is prepared nano fiber bundle traction to the conductive nano suspension, the nano fibers can be obtained fluffy structure in the solvent dispersion of nano particles will be conducting into the gap between fiber bundles, or by ultrasonic oscillation after a period of time, the fiber bundle pull solvent, the original structure of fluffy and tightly together, the conductive nanoparticles confined in the fiber bundle in nano fiber bundle conductive. The preparation method of the invention is simple, and the preparation method not only has good conductivity, but also has better flexibility, and is suitable for the nano fiber in the field of flexible electronic devices, electrodes and the like.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及柔性导电纳米材料
，具体地涉及一种束状柔性导电纳米纤维及其制备方法。
技术介绍
随着科技的发展，未来的电子产品将通过可印刷方法实现柔性、便携和可穿戴，对纺织品提出了智能化的要求，即智能纺织品。智能纺织品将是未来的电子信息工业的一个着陆点，也是纺织服装行业未来的发展方向和重要的经济增长点。其中，导电纱线为智能纺织品与互动式布料的基本原料，可用于传感器连接线，电源电极与连接线、射频电路、电磁屏蔽等，在工业、民用和军事等领域有着重要的用途。优秀的导电纱线需要具有良好的导电性和耐久性，特别是在低湿度下，还应具有良好的耐摩擦、耐屈曲、耐氧化及耐腐性。中国专利技术专利申请(申请号：201410053948.3，申请日：2014-02-18)公布了一种导电纱线及其制备方法，该方法是把纱线浸渍到金属纳米线溶液中，再通过蒸发干燥，并可重复这一操作，得到金属纳米线包裹的导电纱线，或把金属纳米线包裹的纱线浸渍到碳纳米材料溶液中，再通过蒸发干燥，并可重复多次，得到金属纳米线和碳纳米材料依次包裹的导电纱线，或把纱线浸渍到金属纳米线和碳纳米材料混合溶液中，再通过蒸发干燥，并可重复多次，得到碳纳米材料和金属纳米线复合包裹的导电纱线。该方法极其简单，易于工业化生产，可用于生产可纺织电子器件，具有极其广泛的应用前景。缺点是该制备方法不能保证导电纳米材料的均匀性及牢度。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种束状柔性导电纳米纤维及其制备方法，本专利技术的制备方法工艺简单、成本低廉、适宜工业化生产，生产制备的纳米纤维不仅具备良好的导电性，而且具备较好的柔性，适用于柔性电子器件电极、可穿戴保健材料及柔性电路板等领域。为实现上述目的，本专利技术公开了一种束状柔性导电纳米纤维，该纳米纤维为纳米纤维束及纳米导电材料组成的束状结构，所述纳米导电材料均匀的分布在纳米纤维束的内部和外部，所述纳米纤维束的材质为聚烯烃类、聚酰胺类、聚酯类或共聚物类的热塑性高分子中的一种，所述纳米导电材料为金属纳米线，纳米碳管或导电高分子纳米线中的一种。作为本专利技术的技术优选，聚烯烃类优选聚乙烯和聚丙烯，聚酰胺类优选PA11，聚酯类优选聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丁二酯，共聚物类优选聚酰胺和甲基纤维素。作为本专利技术的技术优选，金属纳米线优选银纳米线和铜纳米线，纳米碳管优选羟基化多壁碳纳米管，导电高分子纳米线优选聚苯胺纳米线和聚吡咯纳米线。更进一步地，所述金属纳米线的直径不大于80nm，碳纳米管的直径小于8nm，导电高分子纳米线的直径不大于85nm。本专利技术还公开了一种如权利要求1所述的束状柔性导电纳米纤维的制备方法，包括如下制备步骤：1)制备纳米纤维束：将质量比为3：7～1：9的热塑性高分子母粒和醋酸纤维素丁酯混合均匀，经双螺杆熔融挤出机共混挤出后，再在丙酮中萃取24～144h，取出即制备得到纳米纤维束；2)制备纳米导电材料悬浮液：称取纳米导电材料分散于乙醇或丙酮中，得到分散液，再向分散液中加入助剂，制备得到分散均匀的纳米导电材料悬浮液；3)制备束状柔性导电纳米纤维：将所述步骤1)制备的纳米纤维束连续牵引至所述步骤2)制备的纳米导电材料悬浮液中，经振荡或超声后，继续牵引干燥得到束状柔性导电纳7米纤维。进一步地，所述步骤3)中，将所述步骤1)制备的纳米纤维束连续牵引至所述步骤2)制备的纳米导电材料悬浮液中，浴比不低于1：10。再进一步地，所述步骤2)中，所述分散液的浓度为0.05mg/mL～4mg/mL。更进一步地，所述步骤2)中，所述助剂的质量为所用纳米导电材料质量的0.5％～3％，所述助剂为聚乙烯基吡咯烷酮或十二烷基硫酸钠中的一种。本专利技术产品的各组分的选用原理：选用热塑性聚合物的原因有二：首先，热塑性聚合物的加工性能允许使用上述步骤1)的方法制备束状纳米纤维；其次，热塑性聚合物纳米纤维束在上述步骤3)经过上述步骤2)描述的乙醇或丙酮溶剂体系中分散，方可得到蓬松结构，允许纳米导电材料进入。而优选聚烯烃类、聚酰胺类、聚酯类及共聚物类热塑性高分子的原因是这些材质的纳米纤维束已在实验室成功制备，可现取现用。纳米导电材料的选用是由于纤维束在丙酮或乙醇中分散后每根纤维之间有一定的间隙且该间隙属于纳米级别，因此只有尺寸在纳米级别的导电材料才能进入并在牵引出溶剂后限域在纤维束中形成导电纳米纤维，而控制纳米导电材料的直径和长度的目的在于纳米导电材料能够均匀地限域在纳米纤维的间隙中得到稳定电阻的导电纳米纤维束。本专利技术制备方法的工作原理：如上述步骤1)所述的将纳米纤维束牵引至上述步骤2)制备的导电纳米悬浮液中，该纳米纤维束可以在溶剂中分散得到蓬松结构，导电的纳米颗粒就会进入到纤维束之间的间隙，经超声或振荡一段时间后将该纤维束牵引出溶剂，原来蓬松的结构又会紧紧的结合在一起，将导电的纳米颗粒限域在纤维束中得到导电的纳米纤维束，并不影响纳米纤维束的机械性能。有益效果：1、本专利技术制备的产品不仅具备较好的柔性，制备得到的复合导电纳米纤维束具备束状和柔性特征使其能在一定程度上发生弯曲和折叠，并进行编织；适用于柔性电子器件电极、可穿戴保健材料和柔性电路板等领域。2、本专利技术制备的产品还具备优良的导电性，通过不同纳米导电材料的浓度获得的束状柔性导电纳米纤维单位长度(1cm)内的电阻为1.3Ω～24MΩ，即使用纳米导电材料浓度高且较好时获得较低电阻，浓度低或悬浮液分散性不好时获得较大电阻。悬浮液均匀分散且在5～10分钟内不发生团聚及分散较好，且最佳浓度为0.3mg/mL～1mg/mL时，获得较适宜的电阻值，因为浓度过大会由于导电纳米材料的团聚造成一定程度的阻值增大。3、本专利技术的制备方法简单，成本低廉，适宜于工业化生产。附图说明图1和图2均为本专利技术实施例的电镜扫描图。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，以下结合具体实施例和说明书附图进一步阐明本专利技术的主要内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于以下实施例。实施例11)制备纳米纤维束：将聚乙烯(PE)高分子母粒同醋酸纤维素丁酯(CAB)以3：7的质量比例混合均匀，经双螺杆熔融挤出机共混挤出后，于纯净的丙酮中萃取24h后取出备用，即制备得到聚乙烯纳米纤维束；2)制备纳米导电材料悬浮液：取4g直径为80nm的银纳米线，将其分散在1000mL的丙酮当中，并向其中加入0.06g聚乙烯基吡咯烷酮作为助剂，制备得到分散均匀且稳定的银纳米悬浮液；3)制备束状柔性导电纳米纤维：取10cm约1g的所述步骤1)制备的聚乙烯纳米纤维束连续牵引至所述步骤2)配置好的浓度为4mg/mL的银纳米悬浮液中，浴比为1:10，振荡60min后，继续牵引干燥后得到束状柔性导电纳米纤维。将上述制备的束状柔性导电纳米纤维样品进行电镜扫描，得到了图1和图2，如图1所示，直径相对较细的为银纳米线，直径相对粗的为聚乙烯纳米纤维，从图1中可看出，银纳米线与聚乙烯纳米纤维均匀地混合在一起；结合图2可看出，银纳米线能够均匀地限域在聚乙烯纳米纤维的表面和内部，同时银纳米线相互接触形成完整的导电通路。取上述制备的束状柔性导电纳米纤维进行导电性测试，得到单位长度内的电阻为1.2kΩ～2.6kΩ。实施例21)制备纳米纤维束：将聚丙烯(PP)高分子母粒同醋酸纤维素丁酯(CAB)以1：9的质量比例混合均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种束状柔性导电纳米纤维，其特征在于：该纳米纤维为纳米纤维束及纳米导电材料组成的束状结构，所述纳米导电材料均匀的分布在纳米纤维束的内部和外部，所述纳米纤维束的材质为聚烯烃类、聚酰胺类、聚酯类或共聚物类的热塑性高分子中的一种，所述纳米导电材料为金属纳米线，纳米碳管或导电高分子纳米线中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种束状柔性导电纳米纤维，其特征在于：该纳米纤维为纳米纤维束及纳米导电材料组成的束状结构，所述纳米导电材料均匀的分布在纳米纤维束的内部和外部，所述纳米纤维束的材质为聚烯烃类、聚酰胺类、聚酯类或共聚物类的热塑性高分子中的一种，所述纳米导电材料为金属纳米线，纳米碳管或导电高分子纳米线中的一种。2.根据权利要求1所述的束状柔性导电纳米纤维，其特征在于：所述金属纳米线的直径不大于80nm，碳纳米管的直径小于8nm，导电高分子纳米线的直径不大于85nm。3.一种如权利要求1所述的束状柔性导电纳米纤维的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：1)制备纳米纤维束：将质量比为3：7～1：9的热塑性高分子母粒和醋酸纤维素丁酯混合均匀，经双螺杆熔融挤出机共混挤出后，再在丙酮中萃取24～144h，取出即制备得到纳米纤维束；2)制备纳米导电材料悬浮液：称取纳米导电材料分散于乙醇或丙酮中，得到分散液，再向分散液中加入助剂，制备得到分散均匀的纳米导电材料悬浮液；3)制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，钟卫兵，刘翠，李飞，李沐芳，向晨雪，蒋海青，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42