[发明专利]一种本征可拉伸导电高分子材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种本征可拉伸导电高分子材料及其制备方法和应用，制备方法为：以磺基水杨酸钠为掺杂剂同时以氯化铁为氧化剂通过原位聚合方法在弹性材料表面沉积聚吡咯，制得本征可拉伸导电高分子材料；制得的本征可拉伸导电高分子材料由弹性材料基体和掺杂有磺基水杨酸钠的聚吡咯涂层组成；本征可拉伸导电高分子材料用作柔性电子器件的可拉伸电子电路，或者用作柔性超级电容器的电极，或者用于制作褶皱状导电高分子材料。本发明的制备方法简单，以磺基水杨酸钠为掺杂剂同时以氯化铁为氧化剂在保证聚吡咯涂层的高导电率的同时使得聚吡咯分子链间距增加，提高了聚吡咯涂层的拉伸性，使得产品在应变为100％时的电阻变化量远低于现有技术。

技术领域

本发明属于柔性电子学领域，具体涉及一种本征可拉伸导电高分子材料及其制备方法和应用。

背景技术

柔性电子器件因其高柔韧性，低成本制造以及轻巧便携等优点，在电子皮肤、软机器人、可穿戴电子器件和个人健康监测等领域得到了广泛的研究。然而，柔性电子器件在经受大拉伸变形或与曲线表面(例如，人类皮肤)紧密结合的应用中面临挑战，这促使了柔性可拉伸电子器件的出现。

本征可拉伸导电材料是实现可拉伸电子器件的一种有效途径，其制造成本低且能够大规模制备。将导电材料与可拉伸材料共混的方式是赋予刚性导电材料可拉伸性的一种有效手段，但是不导电的可拉伸材料极大降低了材料的导电性能。在材料表面沉积导电材料涂层是一种能够保证高导电性的有效策略。

其中，导电高分子因其轻质、低成本、优异的导电性和良好的生物相容性使得其在可穿戴器件(应变100％)和生物医学器件等领域得到广泛研究。文献1(一种新型氢键交联可拉伸导电聚合物及合成方法:中国,201811466213.8[P].2019.04.19.)开发了一种由导电高分子基团和可拉伸基团组成的本征可拉伸导电聚合物，其中导电高分子基团提供导电性柔性基团，进而赋予可拉伸性，但是不导电的柔性基团势必会阻碍电子传输，更重要的，其在应变为50％时的电导率为初始电导率的0.9倍，在100％应变下电导率为初始电导率的0.4倍。掺杂有柔性大分子聚苯乙烯磺酸盐的聚2,3-二氧乙撑噻吩(PEDOT:PSS)因为柔性的PSS链为其提供了一定的可拉伸性(远小于50％)而备受关注。文献2(A highlystretchable,transparent,and conductive polymer[J].Science Advances,2017；3:e1602076.)在将PEDOT:PSS和导电的离子液体混合后制备出能够达到100％拉伸应变的导电材料，但是离子液体浓度(40wt％～70wt％)和PEDOT:PSS浓度(1.1wt％～1.3wt％)的巨大差距使得导电涂层中导电高分子(PEDOT)含量极少，并且，有毒的离子液体也使得导电复合材料丧失了在可穿戴器件和生物医学器件中应用的可能。文献3(BiocompatibleConductive Polymers with High Conductivity and High Stretchability[J].AppliedMaterialsInterfaces,2019；11(29):26185-26193.)通过添加增塑剂减弱了PEDOT:PSS中掺杂剂PSS之间的氢键作用，进一步提高了PEDOT:PSS的拉伸性能，结果表明，以山梨糖醇为增塑剂的PEDOT:PSS在60％应变下电阻变化量为初始电阻的1倍多，在100％拉伸应变下电阻变化量为初始电阻的11倍。

迄今为止，针对本征可拉伸导电高分子材料的研究仅集中在提高PEDOT:PSS中掺杂剂PSS的柔性，并未真正解决导电高分子固有刚性的问题。更重要的是，改进后的导电高分子材料涂层也难以满足可穿戴器件或生物医学器件的需求(应变100％)。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中本征可拉伸导电材料的导电高分子材料涂层在应变100％时电阻变化量过大，难以满足可穿戴器件或生物医学器件的需求的问题，提供了一种具有拉伸性的聚吡咯涂层及其制备方法和应用。