[发明专利]一种导电压敏纳米硅橡胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种导电压敏纳米硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：采用去离子水作为溶液，加入无毒的聚乙烯醇作为乳化剂来制备硅橡胶纳米颗粒，之后在含有硅橡胶纳米颗粒的乳化液中加入电化学法制备的石墨烯作为导电添加剂，加入聚二甲基矽氧烷作为粘合剂，同时采用无毒环保的聚山梨酯20作为乳化剂制作双重导电乳化剂。本发明所制备的导电压敏纳米硅橡胶可以作为3D打印或喷涂浆料。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，特别涉及一种导电压敏纳米硅橡胶的制备方法。

背景技术

聚二甲基硅氧烷是一种高分子二甲基硅橡胶，具有耐热性、耐寒性、黏度随温度变化小、防水性、表面张力小、具有导热性，导热系数为0.134-0.159W/M*K，透光性为透光率100％，二甲基硅油无毒无味，具有生理惰性、良好的化学稳定性。电绝缘性和耐候性、疏水性好，并具有很高的抗剪切能力，可在-50℃-200℃下长期使用。由于其具有很好的拉伸性，聚二甲基硅氧烷硅橡胶被大量用于制作可拉伸材料。然而，如何均匀地加入导电填充物制作导电复合材料并使其具有功能性，仍是工业界和科研界的难题。

石墨烯是一种由碳原子构成的单片状纳米材料，由sp2杂化的碳原子构成，并由饱和共价键连接。石墨烯具有良好的导电导热性能，其室温下的电阻率为10^-8Ω·m。因其较好的导电性，投光性，柔韧性和机械强度。石墨烯在纳米器件，微电子器件，太阳能电池能领域具有巨大的应用前景。然后，如何把石墨烯加入高分子聚合物制作功能性材料还是工业界和科研界的难题。特别是，如何能把加入的石墨烯均匀地分散在高分子聚合物中并体现其特有的电学性能，是很困难的。低浓度的石墨烯较容易分散，但是它们不能形成连贯的导电体系。而高浓度的石墨烯较容易形成导电体系，但是在高分子聚合物中它们会形成团聚体，造成材料功能性的缺失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种合成操作简易，成本低且环保、高效生产导电压敏纳米硅橡胶的方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种导电压敏纳米硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)选择无毒的聚乙烯醇作为乳化剂去离子水作为溶液，通过乳化反应制备硅橡胶纳米颗粒乳化液，离心分离硅橡胶纳米颗粒；

(2)采用电化学法对石墨材料进行剥离氧化，制备石墨烯薄片；

(3)在硅橡胶颗粒乳化液中加入石墨烯悬浮液制作导电硅橡胶颗粒悬浮液，在该导电硅橡胶颗粒乳化液中加入聚山梨酯20乳化剂；

(4)在所述的导电硅橡胶颗粒乳化液中加入液体聚二甲基矽氧烷，制作二重乳化液；

(5)将该乳化液制成膏状，黑色的乳化产物放入加热箱中，通过链式反应合成固态的导电压敏纳米硅橡胶。

本发明的有益效果是：

采用水溶液中的乳化法来代替传统的有机溶剂合成法，本方法得到的产品主要含三种成分：(1)硅橡胶纳米颗粒,提供压电反应所需的支持体，(2)石墨烯薄片，提供压电反应所需的导电网络体系，(3)聚二甲基矽氧烷，作为粘合剂把硅橡胶颗粒和石墨烯包裹起来，并给复合材料提供较强的强拉伸性；该制备方法不仅成本低，绿色环保而且能高效生产，避免生产过程中有毒反应物对环境和人体带来的潜在的危害，可根据生产要求，相应产能的设备可以快速搭建，同时产品的性质、产量可以灵活调整。

附图说明

图1为扫描电镜的照片显示的乳化法合成的硅橡胶纳米颗粒图；

图2为扫描电镜的照片显示的石墨烯/聚二甲基矽氧烷硅橡胶纳米颗粒复合材料图；

图3为复合材料制成的压力传感器的性能：电阻变化与拉伸形变的关系图；

图4为复合材料制成的压力传感器用来测试手指的按压关系图。