在聚合物基材上生产导电的和/或压阻的迹线的方法技术

用于通过激光照射在非导电聚合物基材中生产导电的和/或压阻的迹线的方法，其特征在于，所述基材是复合聚合物材料，包括非成炭聚合物的基质和包含碳纳米纤维和/或纳米管的分散相，其中所述复合材料还包含层状硅酸盐的颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在聚合物基材上生产导电的和/或压阻的迹线的方法
本专利技术涉及通过使用激光束在聚合物基材上生产导电的和/或压阻的迹线的方法。
技术介绍
EP0230128A和WO0223962A中描述了用于在聚合物基材上写入（writing）导电迹线的激光方法。得到的迹线包括通过在局部激光加热后热分解基材的表面材料而产生的导电碳。能够用作基材的材料是易碳化的聚合物材料，像例如苯甲醛树脂、聚酰亚胺、糠醇聚合物，或容易分解产生高碳化产率的任何其他聚合物；所述聚合物基材还可以包括在激光波长下提高光吸收的分散电荷，像例如，碳、滑石、棉或木粉。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供适合在聚合物基材上生产导电迹线的方法，所述聚合物基材并不构成适合碳化的基材（“非成炭聚合物”（noncharformingpolymer）），即在热分解之后不易碳化。本专利技术的另一个目的是提供允许在广泛用于车辆和家用电器中的聚合物中生产导电和/或压阻迹线的方法，像例如聚丙烯和聚乙烯。鉴于这类目的，本专利技术的目的是如在随附权利要求中定义的方法，其构成本说明书的整体部分。本专利技术考虑使用复合聚合物基材，包括填充有包含碳化促进剂的分散相的聚合物基质；由于碳化促进剂的存在，由激光烧蚀引起的聚合物热解机理，通过挥发，进行导电碳结构的形成。当混合时，添加到聚合物基质中作为促进剂的添加剂，可以参与迹线导电，增厚。作为碳化促进剂，使用了多种丝状纳米结构，选自碳纳米纤维（CNF），单壁（SWCNT）和多壁（MWCNT）型的碳纳米管（CNT），本身和/或功能化的，以及其中一些N原子取代碳的碳纳米管（氮化碳纳米管或CNNT）。本专利技术中使用的碳纳米管和纳米纤维是由“碳层”组成的丝状结构，所述碳层是或多或少的结晶并且是有序的、堆叠的和/或卷绕的。纳米纤维和碳纳米管类型的足够严格的分类如下，虽然通常认为所有碳结构沿生长的主要方向延长，用内腔形成“管”，如碳纳米管。最严格的分类要求定义“石墨烯层（“grapheniclayer”），由此我们认为由碳原子C-sp2组成的薄片，以具有蜂窝结构的平面方式进行排序和组织（形成六边形）。就结构而言，所述石墨由彼此堆叠在顶部的单石墨烯层（grapheniclayer）组成从而形成晶体。根据这个更严格的定义，所述碳纳米管（CNT）具有总体上平行于细丝排列的石墨烯层（grapheniclayer），从而构成“纳米管”，内部或多或少中空并且具有平行和卷起的壁。另一方面，所述碳纳米纤维（CNF）全部是这些结构，或多或少有序的，当按次序时，其平面被堆叠，或形成壁，这些壁可以由根据相对于细丝轴线的某一角度卷绕/堆叠的石墨烯片（graphenicsheet）组成（“人字形”结构）。更详细地说，所述碳纳米管（CNT）分为：-单壁碳纳米管（SWCNT），当它们由缠绕在自身上的单“石墨烯”层组成时，从而形成管状结构（因为其被壁包围）；-多壁碳纳米管（MWCNT），当它们由彼此在顶部上同轴缠绕的许多“石墨烯”薄片形成时，最简单的MWCNT是“双壁碳纳米管”或DWCNT，其壁由彼此围绕卷曲的两个石墨烯平面组成。纳米管的“石墨烯壁（graphenicwall）”缠绕或卷绕的方式是由两个指示（m，n）表示的，其定义了确定SWCNT不同类型的手性矢量。当m=0或当m=n时，所述纳米管分别称为“锯齿形”或“扶手椅形”，否则为“手性”（m≠n，m>0）。单壁碳纳米管（SWCNT）和双壁碳纳米管（DWCNT）的这种“精细”划分对于证明不同的电特性是必要的：根据不同的“手性”，所述CNT具有不同的电特性并且可以是半导体（带隙高达≈2eV）或金属的（带隙=0eV）。对于多壁碳纳米管（n>2），电性能是金属的（Eg=0eV），因为它是由单壁贡献的总和给出。对于给定的碳纳米管（n，m），如果n=m（扶手椅形）所述纳米管是金属性的，如果n-m是3的倍数，所述纳米管是具有非常小带隙的半导体，否则所述纳米管是温和的半导体。然而，这种一般性规则具有例外，由于或多或少显著的曲率可以影响电特性。理论上，所述金属纳米管可以支持非常高的电流密度≈109A/cm2，与铜相比它是非常大的值。导电性（低电阻率）也非常高。从科学文献中，碳纳米纤维（CNF），碳纳米管（CNT）和/或混合的CNF/CNT系统的电性能是非常多样的，并很难界定，因为它取决于很多因素，特别是如何进行电测量（测量参数），是否在单个细丝上进行测量以及取决于纳米细丝本身的特性（合成温度、使用的碳前体的类型、“涂层”的存在、催化剂残留、杂质和/或“掺杂剂”、纳米细丝的直径和长度，取决于随之而来的结晶有序度，取决于当在包括一个以上细丝的系统上进行测量时样品在CNT和/或CNF中存在的直径/长度/相位的分布方面的均匀性。另外，由于存在缺陷，直径、螺旋性、纳米管的有限尺寸，温度，存在磁场，等等，实验值低于理论值。例如，下面表格显示了针对碳纳米管的一些测量的电流密度和电阻率值。本文将所述值与其他类型材料的那些值进行了比较：可以认为所述碳纳米管（CNT）类似于可以采用CNT结构（扶手椅形，锯齿形）的氮化碳纳米管（CNNT），其中一些N原子取代碳。以一定量将所述CNF和/或CNT结合到聚合物基质中，以保持得到的纳米复合材料低于电导率阈值，典型地以按重量计（即所述纳米复合材料的重量）0.1至10%，并优选按重量计1至3%的量。已证明分散在复合材料中的上述丝状纳米结构的存在对于导电迹线的形成具有根本性地重要性。事实上，以与碳纳米管相似的量，从仅使用碳黑进行的比较实验中，已发现仅产生了较弱的导电迹线，这不适合寻找应用的目的。作为一个非限制性实施例，可以认为由激光束产生的局部加热诱导聚合物基质的选择性表面烧蚀，使得出现分散在基质中的纳米管或碳纳米纤维。此外，激光束与聚合物基质的相互作用促进了其热分解，和随后碳的形成。以这种方式形成的碳，作为在通过烧蚀过程突出显示的纳米管或纳米纤维之间的桥来起作用，从而使迹线导电。在一个优选的实施方式中，作为碳化促进剂有可能与上述碳纳米管结合使用属于层状硅酸盐家族优选具有平均厚度<5nm和最大厚度<10nm的层状硅酸盐；优选属于近晶粘土家族的层状硅酸盐，尤其是蒙脱石、锂蒙脱石、含氟锂蒙脱石、叶蜡石。为了促进层状硅酸盐的片层纳米级地分散在聚合物基质中（剥落和/或插入），可以使用有机改性的近晶粘土（有机粘土）。通过存在于这些片层之间的无机阳离子（典型地是碱金属和碱土金属离子）与有机离子的离子交换获得这种改性。例如，作为改性阳离子，有可能使用铵或鏻如果使用的话，能够以按重量计0.1至20%，并且优选0.5至10%之间的量（这些值是指复合材料的重量）将所述层状硅酸盐引入聚合物基质中。本专利技术尤其应用于在形成或包括主要地非成炭聚合物的基材中产生导电迹线，该术语是指指定了其热分解（在通常高于500℃的温度下）导致聚合物几乎完全挥发的聚合物。然而，希望根据本专利技术所述的方法也适用于“成炭聚合物”，即其结构在热分解之后产生挥发反应和碳化反应的聚合物。因此，优选地，所述聚合物基质材料可以是在生产碳材料中以低效率而众所周知的热塑性聚合物；尤其地，优选聚烯烃聚合物和共聚物，包括聚乙烯（包括，UHMWPE、HMWPE、HDPE、MDPE、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.26 EP 10425339.8;2010.11.11 EP 10425349.71.用于通过激光照射在非导电聚合物基材中生产导电的和/或压阻的迹线的方法，其特征在于，所述基材是复合聚合物材料，包括包含非成炭聚合物的基质和包含碳或氮化碳纳米管或碳纳米纤维作为所述非成炭聚合物的碳化促进剂的分散相，其中所述复合聚合物材料还包括按重量计，即所述复合聚合物材料的重量，0.1％至20％的量的选自由蒙脱石、锂蒙脱石、含氟锂蒙脱石和叶蜡石组成的组的层状硅酸盐的颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基质的所述非成炭聚合物包括烯烃聚合物、丙烯酸类聚合物或它们的混合物。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基质的所述非成炭聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯-乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯和它们的混合物。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述复合聚合物材料包括按重量计，即所述复合聚合物材料的重量，0.1％至10％的量的碳纳米纤维和/或碳纳米管。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：阿德里亚诺·泽基纳，法布里齐奥·巴尔代利，塞雷娜·贝尔塔里奥内，朱塞佩·卡普托，保罗·卡斯特林，费代里科·切萨诺，皮耶路易吉·奇韦拉，达尼洛·德马尔希，罗伯塔·加利，詹弗兰科·因诺琴蒂，多梅尼卡·斯卡拉诺，安东尼诺·薇察，马尔科·扎内蒂，
申请(专利权)人：CRF阿西安尼顾问公司，RTM有限公司机械技术与自动化研究中心，
类型：
国别省市：