[发明专利]一种柔性导电纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种柔性导电纤维及其制备方法，制备方法为：在柔性纤维表面负载羧基化碳纳米管后，利用Fe²⁺或Fe³⁺将相邻的羧基化碳纳米管首尾相连制得柔性导电纤维；最终制得的柔性导电纤维主要由柔性纤维、羧基化碳纳米管和金属离子组成，金属离子为Fe²⁺或Fe³⁺，羧基化碳纳米管附着在柔性纤维表面，且相邻的羧基化碳纳米管通过金属离子首尾相连。本发明的制备方法工艺简单，生产成本低，可用于工业化生产，制得的柔性导电纤维柔性好、导电性能优良且在应变下电阻稳定，同时由于羧基化碳纳米管不仅仅附着在纤维表面上，更能嵌入到纤维内部的单丝上，羧基化碳纳米管与纤维的结合力更强，不易脱落，耐久性能优良。

技术领域

本发明属于导电纤维技术领域，涉及一种柔性导电纤维及其制备方法。

背景技术

导电纤维尤其是柔性可拉伸的导电纤维在导电电极、传感器、电磁屏蔽以及电加热等多功能的应用受到研究人员的广泛关注，导电纤维在医疗健康监护、智能机器人和军事航天等领域都存在巨大的应用价值，同时，高弹性、高电导率的柔性导电纤维能够更好地满足现代电子设备逐渐小型化、柔性化及可穿戴性的发展趋势。

化学纤维不导电，须与导电物质结合才可以形成导电纤维，目前纤维与导电物质结合的方法有共混法、化学聚合法和涂覆法等，不同方法获得的导电纤维的性能也不相同。共混法是通过导电物质与纺丝液混合的方式制备导电纤维，但是因为导电填料的加入，常常会导致纤维与导电物质相容性差、纤维的柔性和拉伸强度降低，难以实现纤维的高柔性和弹性；化学聚合法是通过化学反应让导电物质附着在纤维，导电分子间只有分子间作用力，在一定应变下导电层容易断开，难以实现导电层的柔性连接，无法保证拉伸后纤维电阻的稳定性；涂覆法制备导电纤维时也存在着一些问题，如当将纤维直接浸渍导电填料分散液时，基体表面的导电材料与基体之间主要以物理吸附作用结合在一起，导电物质与纤维结合力不强，容易脱落，且导电涂层不均匀，难以形成良好的导电网络，致使导电性能较差。

以上这些方法制备的导电纤维，难以保持纤维柔性、实现导电层柔性化和高导电性。

因此，研究一种既能保持纤维柔性又能实现导电层柔性化同时具有高导电性的柔性导电纤维具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术所制备的导电纤维柔性不高，没有对导电物质实现柔性连接形成柔性导电层，一定应变下导电层容易被破坏难以实现电阻稳定、导电物质容易从纤维上脱落且导电性能不佳的问题，提供一种柔性好、导电性能优良且在应变下电阻稳定的柔性导电纤维。

本发明解决上述问题的思路为：选用柔性纤维作基底，将导电材料负载在柔性纤维表面，避免了导电材料破坏柔性纤维的柔性，保证了整体的柔性；提高导电材料相互之间的电子转移能力，保证了整体的导电性能；结合材料设计与计算化学，选用合适的导电物质，让导电分子间能通过形成化学键而相互连接，提高导电材料相互之间的作用力，进而提高导电连接结构的稳定性，保证了整体在应变下的电阻稳定性；通过计算化学选择合适的连接剂连接导电分子，让连接剂与导电分子形成强电接触，从而降低导电分子间的能极差，提高导电材料相互之间的电子转移能力，保证了整体的导电性能。

本发明选用的导电材料为碳纳米管，碳纳米管是具有良好导电性的一维导电材料，羧基化的碳纳米管带有大量的羧基，能提供反应活性位点，容易成键，因而本发明选用羧基化的碳纳米管作为导电材料；然而羧基与羧基之间难以直接成键，因此需要选用一种能够同时与两个羧基成键的连接剂，以获得较好的分子间界面的柔性；当连接剂除了能同时与两个羧基成键，还能提高羧基化的碳纳米管相互之间的电子转移能力时，柔性导电纤维能够同时具有柔性好、导电性能优良且在应变下电阻稳定的特性，因此连接剂的选择至关重要；