一种基于银纳米线的弹性导体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种基于银纳米线的弹性导体的制备方法，包括以下步骤：a）将银纳米线分散到醇试剂中得到银纳米线的醇分散液；b）将弹性三维多孔材料浸入到步骤a）所得银纳米线的醇分散液中，取出后烘干，得到导电三维多孔材料；c）以银胶为胶粘剂，将步骤b）所得导电三维多孔材料的两端接上导线，并将弹性聚合物填充到所述导电三维多孔材料上，加热固化得到弹性导体。本发明专利技术制备的弹性导体具有双重网络结构（二维纳米线网络结构以及由其组成的三维微米级网状结构），该结构优于基于二维纳米线网络结构的薄膜弹性导体。另外，弹性导体的电导率在一定范围内可任意调控，电流过载能力高。在柔性电子设备和机器人关节领域有潜在的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于弹性导体材料
，尤其涉及一种基于银纳米线的弹性导体及其制备方法和应用。
技术介绍
弹性导体是一种在拉伸和弯折的情况下，电阻基本上保持不变的一种新型导体。广泛应用于人造皮肤、柔性显示器和传感器、智能机器人等可伸缩电子设备领域。传统的金属导线以及硅基电路板由于其刚性的缺陷，在柔性电子器件中的使用受到很大的限制。目前各国科学家对研发出高延伸率、高回弹性、低拉伸强度、高电导率的弹性导体具有广泛的兴趣。研发出高性能弹性导体是实现新一代柔性电子设备产业化所需要攻克的难关之一。传统的弹性导体是将导电材料(如炭黑、金属粉末、碳纳米管)直接同弹性聚合物混合得到弹性导体，导电材料的添加量对弹性导体的电导率和延伸率都有很大的影响，低添加量下，虽然延伸率好，但电导率太低；而添加量增大时，延伸率有大大降低。另外，这种类型的弹性导体的电导率都非常小(小于O. OlS ^cnT1),应用领域非常有限。随着纳米技术的发展，纳米材料的引用大大提升弹性导体的性能。常用的方法有a)在弹性基底上制备波浪型的微米级的导线山)在预先拉伸的弹性基底上负载上一层导电薄膜、导电纳米颗粒、导电纳米线等，再松开 弹性基底就能产生波浪型的导电表面；c)直接向具有三维微米或纳米网络结构材料的导电材料中填充弹性聚合物。而这几种方法都很难大规模制备，制作成本高昂，与实际应用仍有很大的差距。银纳米线以其优良的光学性能、导电性能和稳定性在柔性透明电极领域获得广泛的应用。但在弹性导体领域中的应用还是很少，主要是被银纳米线的脆性和有限的长度所限制。然而最新的研究发现银纳米线在聚合物的保护下，极大改善了银线的脆性，并且银纳米线的制备也获得了重大突破，银纳米线的长度可达到500微米。如德国《先进材料》(Advanced Materials, 2012年24期5117页)报道了将银纳米线薄膜嵌入到聚二甲基娃氧烷橡胶得到拉伸性能很好的弹性导体，在(Γ50%延伸率下，电阻基本保持恒定，但第一次拉伸时，电阻变化还是非常明显，并且用的银纳米线在1(Γ60微米，这种比较长的银纳米线很难大规模合成。紧接着，另一篇基于银纳米线弹性导体在德国《先进材料》(AdvancedMaterials, 2012年24期3027页)上报道，该工作在合成超长银纳米线获得了重大突破，银纳米线的长度达到了 500微米。用这种超长银纳米线制备成薄膜再负载到弹性基底上，得到延伸率达到450%的情况下，依然能保持良好的电导率。然而，这种超长银纳米线的合成非常繁琐，很难大规模合成。到目前为止，用银纳米线制备弹性导体都是基于二维银纳米线网络，弹性导体的导电性的好坏就在于二维银纳米线网络中触点的多少，触点越多，导电性越好。然而，这种二维网络对拉伸的承受能力非常有限，尽管使用500微米的银纳米线能提高弹性导体的拉伸性能，弹性导体的延伸率也很难超过80%。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的第一目的是提供基于银纳米线的弹性导体的制备方法。本专利技术的第二目的是提供一种双重银纳米线网络(银纳米线网络和由其组成的三维微米级网络)的弹性导体。本专利技术的第三目的是提供上述弹性导体在可伸缩电子设备中的应用。为了实现本专利技术的目的，本专利技术的技术方案如下首先，本专利技术提供了一种基于银纳米线的弹性导体的制备方法，包括以下步骤a)将银纳米线分散到醇试剂中得到银纳米线的醇分散液；b)将弹性三维多孔材料浸入到步骤a)所得银纳米线的醇分散液中，取出后烘干，得到导电三维多孔材料；c)以银胶为胶粘剂，将步骤b)所得导电三维多孔材料的两端接上导线，并将弹性聚合物填充到所述导电三维多孔材料上，加热固化得到弹性导体。优选的，步骤a)中所述的银纳米线的长度为Γ500μπι。优选的，步骤a)中所述的醇试剂为无水甲醇或无水乙醇。优选的，步骤a)中所述银纳米线的醇分散液的质量浓度为lmg/mflOmg/ml。优选的，步骤b)中所述弹性三维多孔材料为聚酯海绵。优选的，步骤b)中所述的烘干的温度为4(T200° C ;所述烘干的时间为30mirT5h。优选的，步骤c)中所述的弹性聚合物为聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚丙烯酸酯中的一种或几种。进一步地，本专利技术还提供了所述方法制备的弹性导体，其具有银纳米线二维网络和由其组成的三维微米级网络，由于三维微米网络同银纳米线二维网络的双重作用，大大提高弹性导体在拉伸情况下的电阻稳定性 ，优于基于二维银纳米线网络结构的弹性导体。更进一步地，本专利技术还提供了所述的弹性导体在可伸缩电子设备中的应用。所述可伸缩电子设备包括用于人造皮肤、柔性显示器和传感器、智能机器人等。本专利技术的有益效果如下本专利技术所提供的弹性导体，制备方法，简单快捷，对技术人员的要求低，易于商业化生产。本专利技术采用极其廉价聚酯海绵作为骨架，用简单的溶液法，构筑双重银纳米线网络，即微米尺度的三维网络和纳米尺度的二维网络，与只有银纳米线二维网络的弹性导体相比，在拉伸的情况下，电阻的稳定性大大提高。虽然基于二维银纳米线弹性导体通过构筑波浪形的表面，能够提高电阻稳定性，然而操作复杂，很难实现大规模生产。除此以外，本专利技术所提供的弹性导体的电导率可高于20S· cnT1，远优于传统的碳基弹性导体Γ0. OlS · cnT1)。并且拉伸延伸率高达140%由于传统碳基弹性导体的电导率很低，在相对高的电流下，焦耳生热现象非常大，因此，很难用于功率稍高的柔性电子设备，而本专利技术提供的弹性导体，具有很高的过载电流密度(1. 36A · cm—1)，极大增加了弹性导体的应用范围，非常适合用于智能机械人关节部位、柔性显示屏和电子眼、弹性传感器、人造皮肤等可伸缩电子设备领域。附图说明图1为本专利技术实施例1和实施例2提供的银纳米线的扫描电镜照片；图2为本专利技术实施例1和实施例2提供的聚酯海绵的扫描电镜照片；图3为本专利技术实施例1提供的导电聚酯海绵的扫描电子显微镜照片；图4为本专利技术实施例1提供的弹性导体的扫描电子显微镜照片；图5为本专利技术实施例1提供的导电聚酯海绵的高倍数扫描电子显微镜照片；图6为本专利技术实施例2提供的导电聚酯海绵的高倍数扫描电子显微镜照片。具体实施例方式下面结合附图及其具体实施方式详细介绍本专利技术。但本专利技术的保护方位并不局限于以下实例，应包含权利要求书中的全部内容。本专利技术提供了一种弹性导体的制备方法，包括以下步骤a)将银纳米线分散到醇试剂中得到银纳米线的醇分散液；b)将弹性三维多孔材料浸入到步骤a)所得银纳米线的醇分散液中，取出后烘干，得到导电三维多孔材料；c)以银胶为胶粘剂，将步骤b)所得导电三维多孔材料的两端接上导线，并将弹性聚合物填充到所述导电三维多孔材料上，加热固化得到弹性导体。本专利技术以导电性良好的一维银纳米线为导电元素，分散到无水乙醇或无水甲醇溶剂中形成银纳米线的醇分散液。再用三维多孔材料吸附银纳米线的乙醇或甲醇溶液，在干燥的过程中，随着乙醇或甲醇的挥发，由于范德华力的作用，银纳米线均匀的吸附到微米级三维网络结构材料的骨架上，形成导电三维多孔材料，其具有双重网络结构，即二维银纳米线网络以及由其构成的三维银纳`米线微米网络。在这两种网络的共同作用，使得弹性导体在拉伸的情况下，银纳米线之间依然能保持良好的接触。再向导电三维多孔材料中填充弹性聚合物，(所述聚合物如聚二甲基硅氧烷(道康本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于银纳米线的弹性导体的制备方法，包括以下步骤：a）将银纳米线分散到醇试剂中得到银纳米线的醇分散液；b）将弹性三维多孔材料浸入到步骤a）所得银纳米线的醇分散液中，取出后烘干，得到导电三维多孔材料；c）以银胶为胶粘剂，将步骤b）所得导电三维多孔材料的两端接上导线，并将弹性聚合物填充到所述导电三维多孔材料上，加热固化得到弹性导体。

【技术特征摘要】
2012.12.20 CN 201210557264.81.一种基于银纳米线的弹性导体的制备方法，包括以下步骤 a)将银纳米线分散到醇试剂中得到银纳米线的醇分散液； b)将弹性三维多孔材料浸入到步骤a)所得银纳米线的醇分散液中，取出后烘干，得到导电三维多孔材料； c)以银胶为胶粘剂，将步骤b)所得导电三维多孔材料的两端接上导线，并将弹性聚合物填充到所述导电三维多孔材料上，加热固化得到弹性导体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述的银纳米线的长度为4 500 u mD3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述的醇试剂为无水甲醇或无水乙醇。4.根据权利...

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