[发明专利]一种非对称结构的碳毡/银复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种非对称结构的碳毡/银复合材料及其制备方法，所述复合材料包括由碳纤维形成的碳毡以及均匀生长在碳纤维表面的银纳米颗粒；其中，所述碳毡一面为含羟基的亲水面，碳毡另一面为由十八烷基三氯硅烷形成的疏水层。一方面由碳纤维组成的碳毡具有三维网络结构，能够实现三维导电互联，另一方面碳毡柔性好，能够很好的应用在制备可穿戴设备方面；同时利用聚多巴胺与银离子发生螯合反应，促进银纳米颗粒附着在碳纤维上，镀银后的碳毡极大的提高了其导电性和焦耳热性能；通过对复合材料进行单面疏水处理使得复合材料两侧呈现出一面疏水，一面亲水特性，从而能够实现外层防水功能，适用于制备排汗/防水的可穿戴设备。

技术领域

本发明涉及一种非对称结构的碳毡/银复合材料，还涉及上述非对称结构碳毡/银复合材料的制备方法。

背景技术

虽然电子技术的发展给人类生产、生活带来了极大的便利，但电子设备产生的电磁污染问题却日趋严重。一方面复杂的电磁环境不仅会干扰正常设备运行，使其失效或损坏，同时也会对人类身体健康产生不利影响；另一方面可穿戴电子器件由于其智能化、小型化以及高效化等特点得到越来越多的关注，但单一功能的穿戴器件已不能满足实际应用的要求。

金属由于其优异的导电性被广泛应用于电磁屏蔽材料中。然而，金属也存在许多缺点，例如密度大，柔性差以及难加工等，这些缺点限制了其在可穿戴电子器件中的应用。

发明内容

发明目的：本发明目的之一旨在提供一种具有优异电磁屏蔽性能和焦耳热性能的碳毡/银复合材料；本发明另一目的是提供上述碳毡/银复合材料的制备方法。

技术方案：本发明所述的非对称结构的碳毡/银复合材料，所述复合材料包括由碳纤维形成的碳毡以及均匀生长在碳纤维表面的银纳米颗粒；其中，所述碳毡一面为含羟基的亲水面，碳毡另一面为由十八烷基三氯硅烷形成的疏水层。

上述非对称结构的碳毡/银复合材料的制备方法，所述方法为：先采用聚多巴胺对碳毡进行改性，再利用聚多巴胺与银离子的螯合反应实现银离子在碳纤维表面的附着，接着对附着的银离子进行还原得到银纳米颗粒，最后利用十八烷基三氯硅烷对碳毡单面进行疏水处理即可。

其中，具体包括如下步骤：

(1)将碳毡浸入三羟甲基氨基甲烷水溶液(形成弱碱性环境，便于多巴胺聚合)中，混匀后往其中加入盐酸多巴胺，避光搅拌，使多巴胺聚合，反应结束后将碳毡取出，并洗涤、干燥；

(2)将硝酸银加入水中，得到硝酸银溶液，再往其中逐滴加入氨水(加入氨水使其与银离子反应形成银氨溶液，便于后续银离子的还原)，得到澄清溶液后将步骤(1)聚多巴胺改性后的碳毡加入到上述溶液中，反应后再往其中加入葡萄糖水溶液继续反应，反应后将所得产物清洗、干燥；

(3)将步骤(2)所得产物加热，加热有利于乙醇在接触复合材料表面时快速挥发，接着将十八烷基三氯硅烷的乙醇溶液喷涂至产物的上表面，干燥后得到所需复合材料。

其中，步骤(1)中，先对碳毡表面预处理，除去碳毡表面附着的杂质及油污，再将碳毡浸入去离子水和乙醇的混合液中超声洗涤，结束后干燥备用。

其中，步骤(1)中，混合液中，盐酸多巴胺的浓度为2g/L，避光搅拌时长为不低于12h。

其中，步骤(2)中，氨水的滴加量为让混合溶液由浑浊变澄清，其中，氨水的质量分数为25～28wt％，滴加氨水后搅拌时间为30～35min。

其中，步骤(2)中，加入葡萄糖水溶液后反应时间为50min，反应温度为35℃，适合在冬季时进行制备产品。

其中，步骤(3)中，加热温度为60～65℃。