[发明专利]一种基于多级结构石墨烯的可拉伸透明导电弹性体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于可拉伸透明导电材料的制备领域，特别涉及一种基于多级结构石墨烯的可拉伸透明导电弹性体的制备方法。

背景技术

透明导电薄膜是一种既能导电又在可见光范围内具有高透明率的一种薄膜，被广泛应用于太阳能电池、发光二极管、平板显示器以及气敏元件等领域。目前已广泛应用的透明导电薄膜都是在陶瓷、玻璃等硬质衬底材料上制备的,但由于这些材料存在着质脆易碎、不易变形等缺陷，所以很大程度上限制了透明导电薄膜的应用。与硬质衬底材料相比,在有机柔性衬底材料上制备的透明导电薄膜不但具备相同的光电特性，而且还具有很多特有的优点，如：能弯折变形，轻薄便携，不易破碎，可以采用卷对卷工业化连续生产方式有利于提高效率、便于运输等。

近年来随着可穿戴电子器件(如谷歌眼镜、苹果智能手表、小米手环等)以及智能服装的迅速发展，仅仅具有柔性、透明等性质导电薄膜已经无法完全满足应用的需求，能够大范围的弯曲折叠甚至可以随意拉伸的透明导电材料的研究已引起了人们的更广泛关注。

目前用于透明导电膜主要分为：氧化物半导体膜、金属膜、金属复合膜、高分子膜及纳米碳管膜(CNT)、石墨稀膜(Graphene)、金属纳米线膜等。金属透明导电膜导电性好，但是透过率较低，而且纯金属的强度和硬度都不高，价格昂贵，其主要用作透明电磁屏蔽材料。氧化物半导体虽然光电性能出色，耐热和耐腐烛性较好，但是其弯曲性能、柔性差限制了其在柔性电子器件的应用。高分子导电膜柔性很好，可弯曲，但导电性能相对比较差使其很难被大范围的应用。相比之下，碳纳米管、石墨烯和金属纳米线等低维纳米材料不仅导电性优良，而且由于其材料本身特殊的形貌而具有很好的柔初性，是制备柔性透明导电膜的理想材料。

中国专利CN102993995A公开了一种透明导电胶膜的制备方法，该方法使用热压的方法将纳米银线压在透明PET薄膜表面上；中国专利CN103903817A公开了一种使用喷涂的方法制备石墨烯/银纳米线复合透明导电薄膜的方法。虽然两种方法都实现了透明导电薄膜的柔性可弯曲化，但是二者并未实现透明导电薄膜的可拉伸化，其主要原因是拉伸变形会破坏导电层的完整性，从而使其失去导电的能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多级结构石墨烯的可拉伸透明导电弹性体的制备方法，该方法操作简单，反应条件温和，无特殊设备要求，适合大规模生产。

本发明的一种基于多级结构石墨烯的可拉伸透明导电弹性体的制备方法，包括：

(1)将聚合物弹性体拉伸后贴敷在开口容器的开口外沿处形成封闭空间，加热容器，聚合物弹性体膨胀成球状；

(2)将还原的氧化石墨烯溶液喷涂在膨胀的弹性体表面，冷却至室温，待聚合物弹性体恢复起始形貌，取下，得到基于多级结构石墨烯的可拉伸透明导电弹性体。

所述步骤(1)中聚合物弹性体为聚丙烯酸酯、聚氨酯或聚甲基丙烯酸甲脂等具有良好拉伸性能的聚合物。

所述步骤(1)中聚合物弹性体经过两次拉伸：首先是预拉伸贴敷到玻璃培养皿开口处外沿；其次为加热培养皿使其内部空气膨胀将聚合物弹性体挤压为球状(类似于吹气球)，以上两步拉伸均为多轴拉伸。

所述步骤(1)中拉伸为多轴拉伸。

所述步骤(1)中开口容器为玻璃培养皿；加热容器的温度根据聚合物的不同而不同，如从80～150℃。

所述步骤(2)中还原的氧化石墨烯溶液的浓度为0.001mg/mL～100mg/mL。

所述还原的氧化石墨烯的制备方法包括：将氨水加入到氧化石墨烯分散液中，调节pH至9～12，搅拌0.5～8h，加入水合肼溶液，85～95℃反应0.5～2h，得到还原的氧化石墨烯；其中，加热时保持容器为密封状态；氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的厚度为0.3～5nm(单层或少层。

所述水合肼的质量与氧化石墨烯的质量比为1～10:5。

所述氧化石墨烯分散液的制备方法包括：将氧化石墨分散到去离子水中，经过超声处理，得到单层或少层的氧化石墨烯分散液；其中，超声的时间为0.5～5h；其中，氧化石墨其片层大小在50平方纳米到1000平方微米之间。

所述步骤(2)中喷涂的方式为：用喷枪进行喷涂。

所述步骤(2)中还原的氧化石墨烯溶液的喷涂量为3mL/cm²～10mL/cm²。

所述步骤(2)中多级结构为短程褶皱结构和长程褶皱结构并存。