[发明专利]对应变和温度双重不敏感的柔性导电复合材料的制备方法

说明书

一种对应变和温度双重不敏感的柔性导电复合材料的制备方法。所述材料内部具有双层导电网络，内层由导电高分子组成，外层由石墨烯薄膜组成。所述材料的导电性能对应变不敏感，在拉伸应变为30％、50％和80％时，电阻变化率分别为3.2％、5.3％和12.3％。所述材料对温度变化不敏感，当材料温度由25℃升高至60℃、120℃和160℃时，电阻变化率分别为1.5％、1.6％和2.1％；当材料温度由25℃降低至‑40℃时，电阻变化率为‑2.5％。本发明制备的以聚(3，4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸和石墨烯薄膜分别为内层与外层导电材料的双层导电网络、以PDMS为柔性高分子基体的柔性导电复合材料，表现出了对应变和温度双重不敏感的特性。本发明开拓了柔性导电复合材料的新结构，为柔性导电复合材料的多功能应用打开了新的大门。

技术领域

本发明涉及导电材料领域，涉及一种对应变和温度双重不敏感的柔性导电复合材料的制备方法。

背景技术

随着社会的进步与科技的发展，满足全天侯使用要求的柔性可穿戴电子器件逐渐成为研究热门。这要求柔性导电材料的导电性能不受形变干扰，且能在较宽的温度区间保持稳定。近年来，已有大量研究针对开发导电性能对应变不敏感的导电材料。其中，通过预先构建好三维石墨烯网络，随后采用聚合物回填的方法是制备高性能应变不敏感柔性导电复合材料的代表性工艺，并已得到成功应用。

目前，对柔性可伸缩导电材料的温度不敏感特性的研究，并未取得较大的进展。当材料温度变化时，现有的柔性可伸缩导电复合材料的电导率发生明显变化，原因主要有两点。其一，柔性高分子基体和石墨烯等导电材料具有较大的热膨胀系数差，在材料温度升高或降低时，基体发生明显的膨胀或收缩，在宏观层面上表现为复合材料发生拉伸或压缩形变；而石墨烯等导电材料膨胀或收缩率低，导致导电网络在基体膨胀或收缩过程中产生一定应变，从而影响基体内部导电网络接触位点的数量，进而直接影响复合材料的整体导电性能。其二，载流子在导电填料内部的传输过程受温度变化影响，从而直接影响导电填料的本征电导率，例如：低缺陷石墨烯薄膜的电导率随温度升高而减小，高缺陷还原氧化石墨烯片的电导率随温度升高而增大。

为了进一步拓宽应变不敏感导电材料的应用温区，我们提出了在柔性高分子基体内部构建双层导电网络的设想，使复合材料同时具备应变和温度不敏感特性，针对性地解决了导电复合材料的导电性受温度变化影响的问题。在双层导电网络结构中，导电高分子层附着在石墨烯薄膜内壁，充当了保护层的作用，使导电网络在高分子基体受温度变化膨胀或收缩的过程中仍然保持完整。此外，导电高分子层与石墨烯薄膜具有不同的载流子传输机理，二者电阻率随温度变化规律相反，从而抵消一部分电导率变化。在上述两种因素的共同作用下，所述材料的电阻表现出了对温度不敏感的特性。本发明开拓了柔性导电复合材料的新结构，为柔性导电复合材料的多功能应用打开了新的大门。

发明内容

本发明的目的是在现有技术条件下，提供一种具有双层导电网络结构的、对应变和温度双重不敏感的柔性导电复合材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种对应变和温度双重不敏感的柔性导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述材料内部具有双层导电网络，内层由导电高分子组成，外层由石墨烯薄膜组成。所述材料制备步骤如下：

(1)利用化学气相沉积法，在高面密度、波浪状镍泡沫表面生长石墨烯薄膜，得到波浪状镍/石墨烯泡沫；

(2)将上述得到的波浪状镍/石墨烯泡沫放置在制样架上，滴涂高弹性高分子聚合物前驱液，悬空固化，得到波浪状镍/石墨烯/高分子导电复合材料；

(3)将上述得到的波浪状镍/石墨烯/高分子导电复合材料放置入特定溶液中，除去内部的金属镍，得到具有空管结构的波浪状石墨烯/高分子导电复合材料；