[发明专利]一种多层次孔洞结构导电高分子复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，为解决传统多孔材料力学性能较弱、结构稳定差，制备工艺复杂、闭孔率高的问题，提供了一种多层次孔洞结构导电高分子复合材料及其制备方法、应用，以多层次孔洞结构导电高分子复合材料总质量为基准，所述多层次孔洞结构导电高分子复合材料包括以下质量百分含量的组分：导电填料2~50%和有机硅弹性体50~98%。本发明所制备的多层次孔洞结构导电高分子复合材料具有压缩回弹性好、作为传感器材料使用时灵敏性、稳定性和重复循环性优良等特点，因而可作为导电高分子材料、弹性应变传感器与气敏传感器材料使用。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种多层次孔洞结构导电高分子复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

导电填料/聚合物复合材料（CPCs）在受到外界刺激（如应变、温度、有机气体等）时，电阻会发生规律的变化，因此其在传感器领域有着广阔的应用前景。如：作为有机气体敏感的气敏材料在环境监测、对化工生产中有害试剂、气体的泄露监控与“电子鼻”等方面有着广阔的应用前景；而弹性高分子为基体的应变传感（压、拉作用）材料更是智能机器人、健康监测和人机交互等领域的研究热门。

目前，传统的上述材料作为应变传感器存在输出电阻信号不稳定、响应度低、应变范围小等缺点，限制了其实际应用。随着研究的深入，人们发现具有孔洞结构（特别是贯穿孔洞结构）的多孔导电填料/聚合物复合材料作为传感器材料具有许多优点：如具有较大应变变形范围可为应变传感器提供更宽广的测试域、且优异的变形能力适宜探究微应力作用；此外作为气敏传感器材料时，孔洞的存在增加气体与敏感材料接触面的同时，也为有害气体的侵入提供了很多通道，因而可有效提高材料的敏感性。

以制备方法分类，该类多孔材料主要分为两类：一类以泡沫为模板，导电粒子直接以其为模板自组装于泡沫表面，从而制得导电粒子基多孔材料；另一类，通过各种化学、物理的发泡方法，在导电填料/聚合物复合材料成型过程中产生气泡的。但这两类材料前者存在力学性能较弱、结构稳定差，后者工艺复杂、泡孔基本为闭孔。

因此，通过对多孔材料微观结构的调控，制备出具有较大压缩应变、较高的结构稳定性的多孔CPCs材料，使其具有优异的敏感度、良好的敏感稳定性和可重复性具有重大研究意义。

中国专利文献上公开了“具有连续隔离结构的导电高分子复合材料及其制备方法”，其公告号为CN105647017A，该发明提供了一种具有连续隔离结构的导电高分子复合材料，其原料包括聚合物1和导电填料，所述连续隔离结构为：导电填料以粒子层构成的三维网络的形式规整地分布在聚合物1中，并且，聚合物1被导电填料粒子层分隔，但同时聚合物1仍然保持连续结构。但是该发明的材料制备成本较高，且不利于气体的扩散，在传感领域的应用具有一定的局限性。

发明内容

本发明为了克服传统多孔材料力学性能较弱、结构稳定差，制备工艺复杂、闭孔率高的问题，提供了一种压缩回弹性好、气敏灵敏性、稳定性和重复循环性优良的多层次孔洞结构导电高分子复合材料。

本发明还提供了一种多层次孔洞结构导电高分子复合材料的制备方法。

本发明还提供了一种多层次孔洞结构导电高分子复合材料在导电高分子领域、弹性应变传感领域及气敏传感领域中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多层次孔洞结构导电高分子复合材料，以多层次孔洞结构导电高分子复合材料总质量为基准，所述多层次孔洞结构导电高分子复合材料包括以下质量百分含量的组分：导电填料2~50%和有机硅弹性体50~98%。

作为优选，所述多层次孔洞结构导电高分子复合材料的电阻率为10² ~ 10⁸Ω·cm；所述多层次孔洞结构导电高分子复合材料具有三维导电网络结构与多层次孔洞结构。

作为优选，所述导电填料选自石墨烯、石墨烯衍生物、炭黑、碳纤维、纳米碳纤维、石墨、碳纳米管中的一种或几种。