[发明专利]一种制备金属/聚合物复合导电纤维的装置及方法

说明书

本发明公开了一种制备金属/聚合物复合导电纤维的装置及方法，该装置包括储液池、高频信号发生器、电源、收集板，储液池用于盛放含金属纳米线的静电纺丝前驱液，储液池一端连接有喷射部件，储液池中设置有推进部件，用于将静电纺丝前驱液推进至喷射部件，并通过喷射部件喷出；高频信号发生器的输出端通过导线连接有第一金属极板，第一金属极板放置于储液池内部，高频信号发生器的输入端通过导线连接有第二金属极板，第二金属极板固定在储液池外部与喷射部件的连接处；第一金属极板与第二金属极板平行；电源的一端通过导线与喷射部件连接，另一端接地；收集板对向置于喷射部件前方，并接地。本发明能够提高导电纤维中金属含量，提高纤维的导电性。

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，特别涉及一种利用静电纺丝原理制备线状金属含量较高的复合导电纤维的装置及方法。

背景技术

随着微型器件制造发展，微型电路的制造技术也不断革新，为了满足微型电路的微型化、集成化，要求导线实现电路布线窄间距化、细线化，同时要有良好的导电性、清晰地边缘形态、足够的粘合强度和高的尺寸稳定性，以确保制作过程精细电路图形定位的一致性和准确性的要求。在电子技术发展的早期，电路由电源、导线、开关和元器件构成。元器件都是用导线连接的，而元件的固定是在空间中立体进行的，而微型器件中元件布局、互连布线都受到很大的空间限制。目前微型精细电路图形多采用印刷电路板，但印制板对生产环境要求高，存在易断线，焊接电阻大的问题。

静电纺丝是指聚合物在加热熔融或溶解状态下，通过静电场作用形成纤维的过程。静电纺丝技术操作简便，对生产环境要求不高，纺丝原材料可用范围广，制备的纤维可稳定与基底相结合，聚合物纤维作为骨架具有柔软不易断裂的优势。目前静电纺丝技术已经用于生产多种高分子的微纳米纤维，广泛应用于光学电子器件、生物组织工程等领域。采用直接分散法可以将金属纳米线直接分散于静电纺丝前驱液中，前驱液通过高压静电作用拉伸成丝，金属纳米线也随之分布于形成的纤维中。但溶液中加入较多金属纳米线时，由于纳米线具有很高的表面积，原子大量集中在纳米线的表面，处于高度活化状态，导致表面原子配位数不足和高表面能，从而使这些原子极易与其他原子相结合而稳定下来，相邻的纳米线倾向于连接在一起，形成二次颗粒，进而形成更大的团聚体，因此纺丝过程中纳米线逐渐聚集成团，不易从针头喷出，甚至堵塞针头，得到的纤维中金属纳米线含量少。介电电泳是指中性微粒位于非均匀电场时由于介电极化的作用而产生平移运动，利用介电电泳原理，可以将金属纳米线在溶液中沿着电场线方向定向排布并向电场强度大的位置移动。将静电纺丝技术与介电电泳相结合，可以将静电纺丝储液池中的金属纳米线沿针头方向有序排布，且金属纳米线会向注射器内部两电极板间电场强度大的位置移动，在不会破坏纳米线表面和几何形状的前提下，使金属纳米线可大量且顺畅地通过金属喷丝针头，从而得到含有大量金属纳米线的纤维，金属纳米线相互搭接，形成细导线结构，有望作为高密度集成元件之间的连接线、微型工具和微型机器人的部件。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备金属/聚合物复合导电纤维的装置及方法，将静电纺丝与介电电泳技术相结合，以克服现有的直接分散法电纺金属纳米线过程中金属纳米线易团聚、纺丝纤维中金属纳米线含量少的问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术手段实现：

一种制备金属/聚合物复合导电纤维的装置，其特征在于：包括储液池、高频信号发生器、电源、收集板，其中：

所述储液池用于盛放含金属纳米线的静电纺丝前驱液，储液池一端连接有喷射部件，储液池中设置有推进部件，用于将储液池中的静电纺丝前驱液推进至喷射部件，并通过喷射部件喷出；

所述高频信号发生器的输出端通过导线连接有第一金属极板，第一金属极板放置于储液池内部，高频信号发生器的输入端通过导线连接有第二金属极板，第二金属极板固定在储液池外部与喷射部件的连接处；第一金属极板与第二金属极板平行；

所述电源的一端通过导线与喷射部件连接，另一端接地；