一种柔性复合导电材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种柔性复合导电材料、其制备方法及应用。所述柔性复合导电材料，由混合物固化后得到，所述混合物包括PDMS预聚物、导电碳材料、填充剂和溶剂，所述溶剂包括环己烷或正己烷。所述柔性复合导电材料的制备方法简便，将PDMS预聚物、导电碳材料、溶剂和填充剂混合均匀后，再与PDMS固化剂混合，固化后即可得到。制备得到的柔性复合导电材料具有优异的拉伸循环性、回弹性和高粘性，能够用于制备柔性电阻式压力传感器，用于人体机械运动和生理信号检测，包括手指、手臂弯曲和微弱的脉搏跳动。手臂弯曲和微弱的脉搏跳动。手臂弯曲和微弱的脉搏跳动。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性复合导电材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种柔性复合导电材料、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]硅胶因为其优异的耐温性能以及无毒无害等特性，被广泛应用于医疗和日用化工等领域。其中，拥有透明、高弹和超疏水等特性的甲基硅氧烷种类硅胶成为电子器件的封装、界面超疏水修饰、弹性导体以及微流体通道设计等领域的首选。一方面，硅胶通过以Si
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O为主链，在硅四面体的另外两个点上接上另外的两个集团单元，使得其与其他硅橡胶相比，具有更好的柔软性和更高的热稳定性以及拉伸性。另一方面，硅胶的聚合物网络基本上全是非晶态，并且在理想交联情况下，其所形成的交联网络只包含一个单元，这样的结构使得在高于玻璃化转变温度的情况下，可以显著提高它的弹性应变能力。除此之外，硅胶内部非晶态的网络结构还能够使它在拉伸形变的过程中内部的微晶区域不会产生磨损，让橡胶在具备优异的弹性性能的同时还能够有良好的拉伸循环性能。
[0003]目前，道康宁184系列的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)作为最具代表性甲基硅氧烷种类硅胶产品，通过对预聚体配方的改良能够实现硅胶聚合过程中体积不收缩、聚合后的硅胶透明度高以及力学性能优异的目的，成为柔性电子器件加工的首选。比如，在人体健康监测与治疗(身体运动、脉搏、心脏和呼吸频率)、软体机器人、电子皮肤、假肢、柔性电子显示屏等人机交互技术，柔性基底的应用使可拉伸电子器件、可穿戴电子设备等柔性电子技术得以运用，相比于传统电子技术需使用刚性电路板，且硅基材料刚性大易碎等缺点，其柔韧性以及可延展性得到极大增强，除了能保证传统电子器件可提供的电路稳定性之外，还可承受复杂的变形。但随着技术的不断发展，现有硅胶需要被研究以期望能够得到更好的性能。
[0004]目前，基于PDMS基底进行导电修饰的柔性阻式压力传感器得到广泛研究，主要通过导电物质(银纳米线、石墨烯或碳纳米管等)借助过滤法、微成型法、涂层技术货液相混合方法等修饰PDMS。如CN109215833A将碳纳米管超声分散于挥发性溶剂中，得到分散液，将PDMS预聚物溶于挥发性溶剂得到PDMS共混物，将碳纳米管分散液与PDMS共混物混合，分散均匀后蒸发掉混合物中的挥发性溶剂，加入固化剂进行固化。但该方法中的挥发性溶剂需额外步骤去除。CN111452274A将银片和炭黑纳米颗粒加入PDMS中充分研磨得到混合物，经过烘烤和退火处理，冷却后得到柔性Ag
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C
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PDMS。但存在一定缺点：需要银片提高导电性能，增加成本，实验生产周期长，生产设备成本高，且产品的回弹性差。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种柔性复合导电材料、其制备方法及应用。所述柔性复合导电材料具有优异的导电性、拉伸循环性和回弹性。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种柔性复合导电材料，由混合物固化后得到，所述混合物
包括PDMS预聚物、导电碳材料、填充剂和溶剂，所述溶剂包括环己烷或正己烷。
[0007]优选地，所述PDMS预聚物与导电碳材料的质量比为10:1
‑
5:1。
[0008]优选地，所述溶剂与PDMS预聚物的质量比为(8
‑
12):1，优选为9:1。
[0009]优选地，所述导电碳材料包括炭黑。
[0010]优选地，所述填充剂包括甲苯、石蜡油或硅油中的任意一种或多种。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种柔性复合导电材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]将PDMS预聚物、导电碳材料、溶剂和填充剂混合均匀后，再与PDMS固化剂混合，固化后得到柔性复合导电材料。
[0013]优选地，所述PDMS预聚物与PDMS固化剂的质量比为8:1。
[0014]优选地，所述PDMS预聚物与填充剂的质量比为3:1
‑
5:1。
[0015]优选地，所述导电碳材料和溶剂先混合，经搅拌和超声后得到导电碳材料分散液，再与PDMS共混物和填充剂混合，反应6
‑
8h。
[0016]所述PDMS共混物为PDMS预聚物与溶剂的混合物。
[0017]第三方面，本专利技术提供一种柔性电阻式压力传感器，包括所述柔性复合导电材料或所述的制备方法制备得到的柔性复合导电材料。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0019](1)制备得到的柔性复合导电材料以环己烷或正己烷作为溶剂，使得PDMS的分子链得到充分的舒展，形成聚合物大网络，导电碳材料的添加使得其具有优异的导电性，填充剂的添加使得其具有优异的拉伸循环性、回弹性和柔软性；
[0020](2)制备得到的柔性复合导电材料还具有优异的疏水性，可以与皮肤直接贴合而不需粘贴剂，能广泛应用于可穿戴设备；
[0021](3)采用所述柔性复合导电材料制备的柔性电阻式压力传感器，灵敏度高，循环寿命长，能够用于人体机械运动和生理信号检测，包括手指、手臂弯曲和微弱的脉搏跳动；
[0022](4)所述柔性复合导电材料的制备方法简单，成本低廉，无需危险试剂和高精度设备的参与。
附图说明
[0023]图1为实施例1得到的柔性复合导电材料的成品图；
[0024]图2为实施例1得到的柔性复合导电材料在高频下的流变性能测试图；
[0025]图3为实施例1得到的柔性复合导电材料在高温下的流变性能测试图；
[0026]图4为实施例1得到的柔性复合导电材料的拉伸应变
‑
电阻变化率测试图；
[0027]图5为实施例1
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3和对比例1得到的导电材料的应力
‑
应变图；
[0028]图6为实施例1得到的柔性复合导电材料的拉伸循环测试图；
[0029]图7为实施例1得到的柔性复合导电材料的粘性测试图。
具体实施方式
[0030]本专利技术涉及的所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或者按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
[0031]本专利技术提供一种柔性复合导电材料，由混合物固化后得到，所述混合物包括PDMS
预聚物、导电碳材料和溶剂，所述溶剂包括环己烷或正己烷。
[0032]在本专利技术中通过采用环己烷或正己烷等挥发性溶剂，可以使得PDMS的分子链得到充分的舒展，形成聚合物大网络，具有良好的拉伸性。而导电碳材料的加入，赋予了材料导电性。与此同时，填充剂的加入使聚合物具备更优异的拉伸回弹性能以及柔软性。
[0033]本专利技术对所述PDMS预聚物与导电碳材料的质量比没有特殊的限制，优选为10:1
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5:1。
[0034]所述PDMS预聚物与导电碳材料的质量比，可以是10:1、8:1、7:1、6:1或5:1等。
[0035]上述数值范围内的其他点值均可选择，在此便不再一一赘述。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性复合导电材料，由混合物固化后得到，所述混合物包括PDMS预聚物、导电碳材料、填充剂和溶剂，所述溶剂包括环己烷或正己烷。2.根据权利要求1所述的柔性复合导电材料，其特征在于，所述PDMS预聚物与导电碳材料的质量比为10:1
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5:1。3.根据权利要求1所述的柔性复合导电材料，其特征在于，所述溶剂与PDMS预聚物的质量比为(8
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12):1，优选为9:1。4.根据权利要求1所述的柔性复合导电材料，其特征在于，所述导电碳材料包括炭黑。5.根据权利要求1所述的柔性复合导电材料，其特征在于，所述填充剂包括甲苯、石蜡油或硅油中的任意一种或多种。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的柔性复合导电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将PDMS预聚物、导电碳材料、溶剂和...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞书宏，曹磊，黄晋，周宇哲，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：