[发明专利]一种可自修复导电涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于自修复涂层的制备技术领域，特别涉及一种在玻璃、石英、塑料等任意形状基底上制备具有自修复能力的导电涂层的方法。

背景技术

在实际使用过程中，人造材料的表面或内部会由于老化或超过使用负荷等原因出现微小的裂痕，而这些裂痕会随着使用时间的延长逐渐扩大，最终导致整个材料的损坏。在电子仪器中，这一现象是致命的。由于超时使用或受到外力撞击而在导线或电子元件中产生的裂痕会导致电路断路或元件失效，最终导致整个电子仪器无法正常工作。通常，维修由裂痕的产生而失效的电子元件几乎是不可能的，唯一的解决办法就是进行更换甚至有时需要更换整个电路板，导致高昂的维修成本。如今人造材料在受到损伤后能够自发的或者在一定的外界刺激下恢复其机械性能及功能已经不再只局限于电影、小说等幻想世界里，经过不断的努力，科学家们已经成功地将生物界普遍的自修复功能引入到了人造材料中。从最初的利用胶囊装载修复剂到利用可逆的共价键或氢键，无数充满创造性的设计思路被用来制备自修复材料。将自修复功能引入到人造材料中，可以有效的降低原材料的消耗、维护成本和材料的使用可靠性。到目前为止，自修复功能已经成功的引入到了超疏水和抗腐蚀涂层当中，使得它们的功能能够在受到损伤后快速的恢复。然而，对于制备具有高电导率的自修复材料的研究，虽然它的重要性不言自明但是却仍处于起步阶段。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、方便的制备具有高导电能力的自修复涂层。该涂层能在外界的刺激下快速的修复受损的导电能力。本发明具有双层结构，由具有在外界刺激下修复伤口能力的聚合物涂层和具有高导电性的金属材料层组成。本发明方法不受基底大小、形状限制，对平面、曲面和不规则表面的基底均适用。所制备的导电涂层具有良好的柔韧性和导电性，且在溶剂的激发下可以自发的修复表面的划痕以及因而受损的导电性能。修复过程迅速，恢复效果可达95％以上，并且可以多次重复。我们制备的导电性自修复涂层具有许多潜在的应用，例如应用到导线、电路等方面增加电子器件的使用稳定性。

本发明制备方法的步骤如下：

基底的处理：本发明使用的典型的基底为硅片、石英和塑料片。对于硅片和石英基底，首先，将基底依次用几种极性不同的溶剂按溶剂的极性从小到大进行清洗，如依次用甲苯、丙酮、氯仿、乙醇和蒸馏水进行清洗；然后，再经体积比为3∶7的H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液处理即可以使基底的表面带有一层硅羟基；对于塑料片基底，利用乙醇和水交替冲洗去掉表面的油脂；

1．涂层溶液的制备：将两种带有负电荷的聚电解质溶于水中形成复合物溶液，该复合物溶液中两种带负电荷的聚电解质的浓度分别为1.0～10.0mg/mL；再将阳离子聚合物溶于去离子水中，制备成浓度为1.0～10.0mg/mL的溶液；

2．聚合物涂层的制备：将处理过的基底交替浸泡在步骤1所制备的两种溶液中各3～20分钟，每次浸泡后将基底取出并用去离子水冲洗，从而完成一个周期的层层组装膜的制备；重复上述过程，从而在基底上利用层层组装技术制备得到具有能够在外界条件的刺激下修复表面划痕的聚合物涂层，该涂层的厚度为10～100μm。

3．导电层的制备：将分散有金属纳米线的乙醇溶液（浓度为1～20mg/mL）通过喷涂的方法沉积到步骤2制备的聚合物涂层表面，喷涂量为1～60mL/cm²，溶剂挥发后金属纳米线相互缠结形成厚度在0.1～10μm之间的导电层，与其下面的聚合物涂层结合在一起形成在外界刺激条件下具有自修复功能的导电涂层。通过控制金属纳米线的沉积量可以对自修复导电涂层的透过率和导电性进行调控。

本发明所述的带有负电荷的聚电解质为聚丙烯酸（分子量100000～800000）、透明质酸钠（分子量400000～1000000）或聚苯乙烯磺酸钠（分子量50000～100000）等；

本发明所用的阳离子聚合物为聚二甲基二丙烯基胺盐酸盐、聚丙烯胺或聚乙烯亚胺；

本发明所需外界刺激条件为在受损的导电涂层表面滴加甲苯、正己烷、去离子水等常见溶剂；

本发明所用金属纳米线为金、银或铜纳米线，直径在20～500nm，长度在5～60μm之间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1．工艺简单，原料易得，成本低；

2.所的涂层导电性高；

3.修复所需要的条件简单；

4.自修复速度快，修复效果达95％以上。