一种具有双层导电网络的超疏水导电无纺布的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有双层导电网络的超疏水导电无纺布的制备方法和应用，属于柔性电子材料领域。本发明专利技术使用喷涂的方法将CNT、SEBS、AgNPs和聚丙烯无纺布相结合，制备出具有双层导电网络的超疏水导电无纺布。该超疏水导电无纺布表面的水接触角＞150

【技术实现步骤摘要】
一种具有双层导电网络的超疏水导电无纺布的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于柔性电子材料领域，具体涉及一种具有双层导电网络的超疏水导电无纺布的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着柔性电子技术和材料科学的迅速发展，柔性导电复合材料的内涵越来越丰富，在电子皮肤、可穿戴设备及移动医疗等领域展现出良好的应用前景，引起人们的极大关注，也对柔性导电复合材料提出了更高的要求。传统的柔性导电复合材料是通过弹性基体和导电材料相结合制成，存在稳定性差、透气性差，成本高昂、制备过程复杂等缺点，此外还需要经过封装处理以保证导电网络不容易受到破坏，使制备过程更加复杂。因此，通过简便廉价的方式制备出一种具有优异稳定性和透气性的柔性导电复合材料很有必要。
[0003]无纺布具有轻质、透气、舒适、无毒无味、价格低廉、可工业化生产等特点，是可穿戴电子设备的理想基体材料。实现基于无纺布的导电复合材料的常见方法是将导电材料直接涂敷在无纺布上，常见的导电材料包括0维的金属纳米颗粒、炭黑等，一维的金属纳米线、碳纳米管等，以及二维的MXene，石墨烯等。基于无纺布的导电复合材料不仅舒适透气，同时无纺布内部的多孔结构解决了由于大量刚性导电粒子聚集在一起会降低材料柔韧性的问题，并减少了资源的浪费。然而，单一的导电材料与无纺布相结合制备的导电复合材料存在传感不稳定、耐久性差、适用性较差等缺点，通过将不同维度的导电材料相结合并集成在无纺布上，能够减小导电网络在拉伸过程中受到的破坏，有效提高导电复合材料的传感稳定性和灵敏度。此外，随着人们对可穿戴传感设备要求的不断提高，柔性导电材料不仅需要有高灵敏度、宽的检测范围和长期循环稳定性，同时需要具备更多功能，例如：超疏水、抗腐蚀、电磁屏蔽和热效应(如焦耳热和光热效应)等。近年来，虽然对基于透气织物的柔性传感器进行了很多研究，但多数存在着传感性能不佳、耐用性差、潮湿腐蚀环境下容易受到损坏、功能单一等问题，因此，提升导电复合材料的适用性和多功能化是十分重要的。

技术实现思路

[0004]针对上述问题或不足，为解决基于透气无纺布的导电复合材料传感不稳定、耐久性差、应用环境受限、功能单一等问题，本专利技术提供了一种具有双层导电网络的超疏水导电无纺布的制备方法和应用。
[0005]一种具有双层导电网络的超疏水导电无纺布，以透气轻薄的聚丙烯无纺布作为柔性基底，使用喷涂的方法将碳纳米管(CNT)、聚烯烃类嵌段共聚物(SEBS)、银纳米粒子(AgNPs)和无纺布相结合，制备得到具有双层导电网络的超疏水导布导电无纺布不仅具有优异的传感稳定性，还具有优异的超疏水性能和光热转换能力。
[0006]上述具有双层导电网络的超疏水导电无纺布的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、将聚丙烯无纺布裁剪成需求大小，用乙醇反复清洗，然后将清洗后的无纺
布放入真空烘箱中烘干1～3h；
[0008]步骤2、将三氟乙酸银(STA)溶解于四氢呋喃(THF)中，配置STA浓度为5～10wt％，超声处理使STA完全溶解在THF中；
[0009]步骤3、将步骤2所得混合溶液装入喷枪中，对步骤1中烘干后的无纺布反复均匀喷涂2
‑
4次，每次喷涂1～3mL；待无纺布表面溶剂完全干燥后，将其完全浸入水合肼溶液中，水合肼的浓度为20wt％～60wt％，浸入水合肼的时间为2～5h，然后取出并用乙醇反复清洗以去除水合肼，再经过真空干燥1～3h后得到表面覆盖AgNPs的无纺布；
[0010]步骤4、将碳纳米管(CNT)和聚烯烃类嵌段共聚物(SEBS)溶解于THF中，搅拌并超声处理使CNT分散均匀；其中CNT的含量为0.5～2mg/mL，SEBS的含量为3～10mg/mL；
[0011]步骤5、将步骤4制备的混合溶液装入喷枪中，对步骤3得到的表面覆盖AgNPs的无纺布反复均匀喷涂2～4次，每次喷涂1～4mL；使混合溶液均匀分散在无纺布表面，随后放入真空烘箱中干燥1～3h，得到具有双层导电网络的超疏水导电无纺布。
[0012]进一步的，所述步骤1和步骤3的真空干燥温度均为50～80℃。
[0013]进一步的，所述步骤2中超声时间至少30min。
[0014]进一步的，所述步骤4的超声时间至少30min，搅拌时间至少30min。
[0015]本专利技术的双层导电网络的超疏水导电无纺布具有优异的导电性能，无纺布的疏水性与表面粗糙的微纳结构共同作用，赋予了导电无纺布优异的超疏水性能，其表面的水接触角＞150
°
，且不同pH值的溶液在该超疏水导电无纺布表面的接触角均＞150
°
，体现出该超疏水导电无纺布优异的耐酸碱腐蚀性能。此外，AgNPs和CNT优异的光热转换性能，使超疏水导电无纺布在潮湿寒冷环境下能够保持正常工作，提高了导电无纺布的适用性和多功能性。
[0016]进一步的，本专利技术提供了上述制备方法制得到的具有双层导电网络的超疏水导电无纺布在柔性传感器中的应用：传感器的活性部件采用上述具有双层导电网络的超疏水导电无纺布，其两端用导电银胶粘接铜线以构成柔性拉伸应变传感器，该传感器表现出优异的形变能力和传感稳定性。
[0017]基于导电无纺布的柔性拉伸应变传感器的电阻值会随着拉伸应变的变化而变化。在拉伸过程中，在具有双层导电网络的超疏水导电无纺布被不断拉伸过程中，团聚的AgNPs间距会不断增大，导致导电通路减少，从而引起电阻增大。如果只使用AgNPs作为导电填料，在拉伸过程中导电通路很容易被破坏，传感稳定性较差，且检测范围低，灵敏度差，很容易失效。通过将一维的CNT与AgNPs相结合，在具有双层导电网络的超疏水导电无纺布被不断拉伸过程中，线性CNT有效地将分离的AgNPs串连起来，缓解了大量导电通路被破坏的情况，赋予了传感器更宽的检测范围以及更高的灵敏度。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019](1)本专利技术制备方法简便，采用廉价、舒适轻薄的疏水无纺布作为弹性基底，易于大规模生产和实现。通过调整AgNPs和CNT/SEBS的含量改变无纺布的初始电阻，相比于单一导电结构，双层导电网络赋予了导电无纺布优异的传感性能，使其具有更宽的检测范围、更高的灵敏度和更好的稳定性，灵敏度因子gauge factor(GF，GF＝(ΔR/R0)/ε)高且传感稳定性和可靠性高。此外，SEBS作为一种粘结剂，加强了导电材料和无纺布的结合，使导电材料稳定黏附在无纺布表面，不容易受到损坏。
[0020](2)本专利技术的具有双层导电网络的超疏水导电无纺布还具有优异的超疏水和抗腐蚀性能，不同pH值液滴在表面接触角均＞150
°
，提升了导电无纺布在恶劣潮湿环境下正常工作的能力。
[0021](3)本专利技术的双层导电网络的超疏水导电无纺布在较低的功率密度照射下，表面温度短时间内快速升高至较高温度，展现出优异的光热转换性能。此外，通过调整功率密度可以实现表面温度的快速切换，且可重复性高。
[0022本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双层导电网络的超疏水导电无纺布的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将聚丙烯无纺布裁剪成需求大小，用乙醇反复清洗，然后将清洗后的无纺布放入真空烘箱中烘干1～3h；步骤2、将三氟乙酸银溶解于四氢呋喃中，配置三氟乙酸银浓度为5～10wt％，超声处理使三氟乙酸银完全溶解在四氢呋喃中；步骤3、将步骤2所得混合溶液装入喷枪中，对步骤1中烘干后的无纺布反复均匀喷涂2
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4次，每次喷涂1～3mL；待无纺布表面溶剂完全干燥后，将其完全浸入水合肼溶液中，水合肼的浓度为20wt％～60wt％，浸入水合肼的时间为2～5h，然后取出并用乙醇反复清洗以去除水合肼，再经过真空干燥1～3h后得到表面覆盖AgNPs的无纺布；步骤4、将碳纳米管和聚烯烃类嵌段共聚物溶解于四氢呋喃中，搅拌并超声处理使碳纳米管分散均匀；其中碳纳米管的含量为0.5～2mg/mL，聚烯烃类嵌段共聚物的含量为3～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光，杨文豪，邓龙江，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：