基于3D打印技术制备柔性导电复合材料的方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印技术制备柔性导电复合材料的方法和应用，涉及新材料技术领域。该方法包括以下步骤：(1)将光敏树脂单体溶剂和交联剂混合搅拌，然后加入光引发剂继续搅拌，直至光引发剂完全溶解，得复合光敏树脂材料；(2)将步骤(1)所得复合光敏树脂材料导入DLP打印机打印槽内，打印，得HEA

【技术实现步骤摘要】
基于3D打印技术制备柔性导电复合材料的方法和应用


[0001]本专利技术涉及新材料
，具体涉及一种基于3D打印技术制备柔性导电复合材料的方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科学技术的快速发展，人们对智能化设备的需求越来越大。传感器作为感应与测量信息的重要部件，其在航空航天、生物医学、环境保护、电子器件和人机交互等方面都有广泛的应用。传统的半导体和金属材料传感器在弯曲、拉伸等复杂测量情况下，容易发生不可逆变形和失效。而具备柔软的、可拉伸特性的柔性传感器可以实现上述柔性测量，促进了可穿戴设备、软机器人、医疗检测等领域的发展。然而，柔性传感器的功能受到加工手段的限制，传统技术如涂层、沉积、注射印刷等难以加工功能和结构复杂的柔性传感器，因此3D打印的特殊加工方法引起了广泛关注。
[0003]3D打印，又称增材制造，是一种基于3D模型数据，使用粉末金属和塑料，甚至是活细胞等材料通过粘结、熔化和光固化等三维快速成型，一层一层地构造物体。与平面加工传感器相比，它具有更多可设计的结构和更好的性能。依据打印成形原理的不同，3D打印技术主要可分为熔融沉积成形(FDM)、直接墨水书写(DIW)、数字光处理(DLP)、选择性激光烧结(SLS)等。其中，基于光敏树脂的DLP技术是3D打印技术的重要方向之一，具有成形精度高、打印效率高等优点，能够实现更为复杂和精细结构的打印。
[0004]同过向柔性聚合物基体里掺入导电填料是制备柔性导电复合材料的有效方法之一，但是会影响复合材料的柔性。而通过在柔性聚合物的表面包覆沉积导电材料可极大的发挥出柔性聚合物本征的柔性特点，另外，通过3D打印技术构建适当的三维结构，可以增强柔性聚合物表面张力作用，进而使得表面的导电碳层网络发生显著变化，极大提升其作为压阻型压力传感器的灵敏度。基于DLP打印技术制备的结构化导电复合材料，在未来的智能化柔性传感、人工智能等领域有着极大的发展前景。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于3D打印技术制备的柔性导电复合材料及其制备方法和应用，具有工艺简单、打印结构可灵活设计、兼具弹性与导电性等优点，能够满足其在电子功能器件方面的应用要求。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种基于3D打印技术制备柔性导电复合材料的方法，包括以下步骤：
[0007](1)将光敏树脂单体溶剂和交联剂混合搅拌0.5
‑
2h，然后加入0.5
‑
2wt％的光引发剂继续搅拌0.5
‑
2h，直至光引发剂完全溶解，得复合光敏树脂材料；
[0008](2)将步骤(1)所得复合光敏树脂材料导入DLP打印机打印槽内，在150
‑
200mW/dm2光强下进行打印，得HEA
‑
co
‑
IBA共聚物材料；
[0009](3)将步骤(2)所得HEA
‑
co
‑
IBA共聚物材料置于带正电壳聚糖溶液中浸泡，然后置
于带负电浸渍浊液中，烘干，重复5
‑
10次，得柔性导电复合材料(HEA
‑
co
‑
IBA@SWCNT)。
[0010]进一步，步骤(1)中，光敏树脂单体溶剂包括丙烯酸羟乙酯和丙烯酸异冰片酯，丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯和交联剂质量比为50:2:1
‑
30:3:2。
[0011]进一步，步骤(1)中，光引发剂为光敏树脂单体溶剂和交联剂总质量的0.5
‑
2wt％。
[0012]进一步，步骤(1)中，光引发剂为光引发剂184、光引发剂TPO、光引发剂127、光引发剂500、光引发剂754、光引发剂MBF或光引发剂ITX。
[0013]进一步，步骤(3)中，带正电壳聚糖溶液浓度为0.1
‑
1mg/mL。
[0014]进一步，步骤(3)中，带负电浸渍浊液通过以下方法制备得到：将导电碳材料和纳米纤维素与去离子水混合，然后在8000
‑
30000r/min条件下搅拌10
‑
30min，得带负电浸渍浊液。
[0015]进一步，导电碳材料和纳米纤维素质量比为5
‑
8:1，总固含量为5
‑
10％。
[0016]进一步，导电碳材料为单壁碳纳米管、炭黑颗粒、石墨烯和石墨炔中的至少一种。
[0017]上述基于3D打印技术制备柔性导电复合材料的方法制得的柔性导电复合材料。
[0018]上述柔性导电复合材料在制备压阻式压力传感器中的应用。
[0019]本专利技术具有以下有益效果：
[0020]1、本专利技术具有工艺简单、打印结构可灵活设计、兼具弹性与导电性等优点，能够满足其在电子功能器件方面的应用要求。
[0021]2、本专利技术优选配比的光敏树脂单体HEA与IBA进行光聚合可以制备兼具优异的压缩/回复性能，弯曲性能和拉伸性能的柔性共聚物材料；采用浸渍包覆方法利用静电层层组装作用，使得在光固化后的柔性HEA
‑
co
‑
IBA共聚物材料与结构制件的表面包裹一层致密且均匀的导电碳层。
[0022]3、本专利技术的柔性HEA
‑
co
‑
IBA共聚物材料与结构制件在压缩变形的条件下，其表面张力有助于材料与制件表面包覆的导电碳层中的导电网络发生断裂，提升了其作为压阻式压力传感器的相对电阻变化程度与灵敏度。
[0023]4、本专利技术先将两种液态光敏树脂单体(HEA与IBA)和液态光敏树脂交联剂(PEGDA)作为原材料进行混合，再向其中加入“光引发剂”(目的是引发前面三种液态光敏材料在DLP打印过程中，可以实现光聚合成为固体材料)，并通过DLP打印固化成型为柔性聚合物材料(不导电的)。将所打印的柔性聚合物材料分别在带正电壳聚糖溶液中和带负电浸渍浊液(浊液里面有导电碳材料)之间反复浸渍与干燥，通过静电层层组装的方式，带负电的浊液中的碳材料被层层沉积包覆在所打印的“柔性聚合物材料”表面，最终得到导电复合材料。
附图说明
[0024]图1为实施例1所得HEA
‑
co
‑
IBA共聚物材料的压缩/回复性能示意图；
[0025]图2为实施例1所得柔性导电复合材料的表面扫描电镜(SEM)图；
[0026]图3为实施例1所得HEA
‑
co
‑
IBA共聚物材料的压缩/回复性能浸渍涂敷次数与导电率关系图；
[0027]图4为实施例1所得柔性导电复合材料相对电阻变化与压缩应变之间的关系图。
具体实施方式
[0028]以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印技术制备柔性导电复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将光敏树脂单体溶剂和交联剂混合搅拌0.5
‑
2h，然后加入0.5
‑
2wt％的光引发剂继续搅拌0.5
‑
2h，直至光引发剂完全溶解，得复合光敏树脂材料；(2)将步骤(1)所得复合光敏树脂材料导入DLP打印机打印槽内，在150
‑
200mW/dm2光强下进行打印，得HEA
‑
co
‑
IBA共聚物材料；(3)将步骤(2)所得HEA
‑
co
‑
IBA共聚物材料置于带正电壳聚糖溶液中浸泡，然后置于带负电浸渍浊液中，烘干，重复5
‑
10次，得柔性导电复合材料。2.如权利要求1所述的基于3D打印技术制备柔性导电复合材料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述光敏树脂单体溶剂包括丙烯酸羟乙酯和丙烯酸异冰片酯，所述丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯和交联剂质量比为50:2:1
‑
30:3:2。3.如权利要求1所述的基于3D打印技术制备柔性导电复合材料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述光引发剂为所述光敏树脂单体溶剂和交联剂总质量的0.5
‑
2wt％。4.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张楚虹，刘新刚，刘警峰，张璇，邵祝祝，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：