[发明专利]多层导电弹性复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及可拉神电子学领域，更确切的讲，涉及一种多层导电弹性复合材料。

背景技术

近年来，柔性导电材料的发展受到越来越多的关注。具有大形变和电阻稳定的导电弹性材料，是开发高性能可拉伸电路和电子器件的关键。然而，大的拉伸形变和保持电阻稳定，是两个相互矛盾和对立的因素。 刚性材料通常具有优异和稳定的电学性能，但是可拉伸性能差；软性材料可拉伸性能良好，但是一般来讲电学性能极差。

目前可拉伸导电弹性体的制备方法是将纳米导电材料与弹性体进行混合，或将导电材料层贴在弹性体表面。在拉伸过程中，导电材料结构变化显著，导致电阻显著增加，且拉伸应变范围很小。因此，开发出具有高电阻稳定性、高拉伸应变的导电弹性体是可拉伸电子学理论研究与器件应用中的迫切需要。

发明内容

本发明提供一种多层导电弹性复合材料的构建思路和制备方法。该复合材料同时具有良好的可拉伸性和导电性，单向拉伸400%的情况下电阻变化小于2%。

上述多层导电弹性复合材料的构建，其构成包含电介质层和导电层，制备方法为导电层和电介质在基底上交替铺叠组成。为保证复合材料的机械强度和导电性，优选的层数为50-500层。层数太少，可能导致该复合材料导电性能差；层数太多，制作复杂且上层导电层回缩性能变差，影响整个复合材料的均匀性。

本发明所述的多层导电弹性复合材料结构示意图见说明书附图1，为电介质与导电层交替铺叠而成；制备过程请参考说明书附图2，详情请见具体实施方式中的实施例说明。

所述电介质层由白油与超软橡胶以一定比例混合制成，热熔后经空气喷涂泵喷涂生成。使用此方法制作的弹性层具有极好的可拉伸性能，最高拉伸系数可达10倍以上，是目前橡胶材质中拉伸倍数最长的材料之一，为多层导电弹性复合材料实现超大形变奠定了基础，同时也为复合材料的电极层（碳纳米管）提供了附着基底。

所述导电层采用单臂碳纳米管或者多壁碳纳米管，碳纳米管本身具有优异的力学性能以及轻的质量，使得该弹性导电复合材料具有强韧的结构。

所述多层导电弹性复合材料采用“表面覆盖”方法，将高取向碳纳米管薄膜均匀覆盖在大形变预拉伸的弹性层表面，碳纳米管取向平行于弹性层拉伸方向，形成层叠构造；释放该层叠结构，预拉的伸弹性纤维压缩碳纳米管薄膜，形成多级褶皱结构，参考说明书附图1收缩状态下示意图，再加上碳纳米管优良的力学性能，具有可反复拉伸、可反复扭曲、可反复折弯不易损坏的特点。

目前弹性导电体应变范围只有30%左右，本发明所提供的多层导电弹性复合材料应变范围可达到400%，而且电阻在拉伸过程中变化率小于2%，而且反复使用2000次以上，性能衰减仍小于5%，真正实现超大形变且性能稳定的导电弹性复合材料。

附图说明

图1，多层导电弹性复合材料的结构示意图，（1）为拉伸状态下，（2）为收缩状态下。

图2，多层导电弹性复合材料的制备过程示意图。

图3，相同厚度不同层数下单位长度的复合材料电阻与拉伸长度的关系。

图4，相同层数不同厚度的样品截面扫描电镜图，层数为100层，其中图a、b、c、d对应的内层厚度分别为5微米、8微米、20微米、36微米。

图5，导电弹性复合材料弯曲、扭转、按压过程中电阻变化曲线图，其中图a为弯曲情况下电阻变化曲线，横坐标为弯曲直径；图b为旋转扭曲情况下电阻变化曲线，横坐标为单位厘米扭曲圈数；图c为按压过程中电阻变化曲线，横坐标为按压时符合材料应变幅度。

图6，对导电弹性复合材料反复拉伸、弯曲1000次之后，再次测量弯曲、扭转、按压过程中电阻变化曲线图，其中图a为弯曲情况下电阻变化曲线，横坐标为弯曲直径；图b为旋转扭曲情况下电阻变化曲线，横坐标为单位厘米扭曲圈数；图c为按压过程中电阻变化曲线，横坐标为按压时符合材料应变幅度。

图7，a相同层数不同厚度单位长度电阻与拉伸长度变化曲线图； b相同层数不同厚度电阻与拉伸长度变化曲线图；c 电导率与内层橡胶厚度变化曲线图。

图8，实施例最终得到的样品实物图。

具体实施方式

下面参照说明书附图2对本发明的实施方式进行详细说明。

本发明所述多层导电弹性复合材料由导电层和电介质层在基底上交替铺叠组成。详细步骤如下：