一种近红外热修复柔性导电膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种近红外热修复柔性导电膜及其制备方法，属于自修复材料技术领域。本发明专利技术的制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯、硝酸银和乙二醇混合，得到第一混合料液；将聚乙烯吡咯烷酮、三氯化铁和乙二醇混合，得到第二混合料液；将所述第一混合料液和第二混合料液混合，将得到的反应料液进行溶剂热反应，得到银纳米线‑石墨烯复合材料；将所述银纳米线‑石墨烯复合材料、热塑性聚氨酯和N,N‑二甲基甲酰胺混合，将所得混合浆料进行成膜，干燥后得到近红外热修复柔性导电膜。本发明专利技术制备的导电膜具有高导电性和导热性，且在近红外光作用下具有高修复效率，能够实现快速多次修复。

【技术实现步骤摘要】
一种近红外热修复柔性导电膜及其制备方法
本专利技术涉及自修复材料
，尤其涉及一种近红外热修复柔性导电膜及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着便携式电子器件和柔性可穿戴电子设备的发展，柔性电极作为电子器件的重要组成部分成为研究热点。电子器件的正常工作依赖于可导通的电子电路，然而，电极在使用中因反复磨损、弯折、冲击或刮擦等易产生微裂纹或微损伤，从而导致器件无法正常工作，甚至成为电子垃圾。随着环保意识的提高和可持续发展理念的不断深入，迫切需要研发具有自修复功能的柔性电极，实现材料本身微裂纹或微损伤的智能修复，恢复其基本功能，从而提高器件的可靠性，延长使用寿命，提升器件的重复使用率等。但由于电子器件对电、热、力及环境等特殊要求，只有为数不多的自修复材料体系可应用在电子领域。目前自修复电子材料及其应用研究还处于研发阶段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种近红外热修复柔性导电膜及其制备方法，本专利技术制备的导电膜具有高导电性和导热性，且在近红外光作用下具有高修复效率，能够实现快速多次修复。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种近红外热修复柔性导电膜的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、硝酸银和乙二醇混合，得到第一混合料液；将聚乙烯吡咯烷酮、三氯化铁和乙二醇混合，得到第二混合料液；将所述第一混合料液和第二混合料液混合，将得到的反应料液进行溶剂热反应，得到银纳米线-石墨烯复合材料；将所述银纳米线-石墨烯复合材料、热塑性聚氨酯和N,N-二甲基甲酰胺混合，将所得混合浆料进行成膜，干燥后得到近红外热修复柔性导电膜。优选的，所述溶剂热反应的温度为150～180℃，时间为3～5小时。优选的，所述反应料液中，硝酸银的质量含量为0.5～1.0％，氧化石墨烯和硝酸银的质量比为(0.03～0.1)：1，聚乙烯吡咯烷酮的质量含量为1.0～1.3％，三氯化铁的质量含量为0.0015～0.003％。优选的，所述银纳米线-石墨烯复合材料的质量占银纳米线-石墨烯复合材料与热塑性聚氨酯总质量的20～40％。优选的，所述热塑性聚氨酯的质量占热塑性聚氨酯和N,N-二甲基甲酰胺总质量的20～30％。优选的，所述成膜的方式为流延成膜。优选的，所述干燥的温度为60～75℃，时间为12～36小时。优选的，将氧化石墨烯、硝酸银和乙二醇混合的过程包括：将氧化石墨烯加入到乙二醇中进行超声，然后加入硝酸银搅拌至完全溶解。本专利技术提供了上述方案所述制备方法制备得到的近红外热修复柔性导电膜，包括银纳米线-石墨烯复合材料和热塑性聚氨酯。优选的，所述银纳米线-石墨烯复合材料的质量含量为20～40％，余量为热塑性聚氨酯。本专利技术提供了一种近红外热修复柔性导电膜的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、硝酸银和乙二醇混合，得到第一混合料液；将聚乙烯吡咯烷酮、三氯化铁和乙二醇混合，得到第二混合料液；将所述第一混合料液和第二混合料液混合，将得到的反应料液进行溶剂热反应，得到银纳米线-石墨烯复合材料；将所述银纳米线-石墨烯复合材料、热塑性聚氨酯和N,N-二甲基甲酰胺混合，将所得混合浆料进行成膜，干燥后得到近红外热修复柔性导电膜。本专利技术将氧化石墨烯、硝酸银和乙二醇混合，硝酸银离子可以吸附在氧化石墨烯片层表面和层间，形成氧化石墨烯/银离子复合体系，在后续溶剂热反应过程中，当氧化石墨烯/银离子复合体系中的银离子被还原形成银纳米线时，氧化石墨烯也被还原为石墨烯，有利于银纳米线在形成时附着在石墨烯表面及插入到石墨烯的层间，形成银纳米线-石墨烯杂化结构。银纳米线-石墨烯杂化结构一方面避免了石墨烯片层的堆叠，提高了分散性，进而有利于提高膜的导电性，另一方面弥补了银纳米线对导电膜力学性能的影响。本专利技术将聚乙烯吡咯烷酮、三氯化铁和乙二醇混合，得到第二混合料液，其中，聚乙烯吡咯烷酮作为表面修饰剂，具有控制银纳米线生长和形貌控制的作用，乙二醇作为还原剂和溶剂，三氯化铁作为抑制剂。具体的：将第一混合料液和第二混合料液混合后，在进行溶剂热反应前，反应料液中的氧化石墨烯/银离子复合体系能够与三氯化铁和聚乙烯吡咯烷酮形成少量的银晶种，之后进行溶剂热反应，反应初期，反应料液中存在的氯离子能够为最先形成的银晶种提供静电稳定性，氯离子能够与银离子结合生成AgCl胶体，减少了初始溶液中游离银离子的浓度，降低了银离子被还原和银晶种长大的速度；这一缓慢的反应过程有利于生成热力学上比较稳定的多重孪晶晶种；聚乙烯吡咯烷酮则优先吸附于多重孪晶晶种的{100}晶面族，使其能够沿着{111}晶面长大，通过各向异性生长成银纳米线；随着反应的进行，溶液中游离银离子浓度逐步减小，为了保持银离子和AgCl胶体的平衡浓度，从AgCl胶体中逐渐释放出银离子，生长为银纳米线；随着银纳米线浓度的增大，溶液中游离银离子进一步减少，为多重孪晶晶种的形成和长大提供了更为良好的条件，有利于获得较大直径的银纳米线。同时，溶剂热反应过程中氧化石墨烯被乙二醇还原为石墨烯，形成的银纳米线附着在石墨烯表面及插入到石墨烯的层间，得到具有杂化结构的银纳米线-石墨烯复合材料。同时，由于反应料液中残余氧气的存在，其对多重孪晶晶种会产生蚀刻作用，阻碍其生长成为银纳米线，Fe3+能够被乙二醇还原成Fe2+，而氧气能够将Fe2+重新氧化成Fe3+，依次循环，这一过程能够消耗反应料液中残留的氧气，消除其对银晶种的蚀刻作用。本专利技术以热塑性聚氨酯为基体，以具有杂化结构的银纳米线-石墨烯复合材料作为导电填料(其中银纳米线为主要的导电相，石墨烯为辅助相)，在热塑性聚氨酯体系内构筑基于银纳米线-石墨烯的高效能量转换单元和导电通路，得到的柔性导电膜具有高导电性；同时利用银纳米线和石墨烯对近红外光的吸收特性，不仅可以实现微小区域局部加热对受损的热塑性聚氨酯材料进行修复，而且可以提高热塑性聚氨酯导电膜的修复效率，实现快速多次修复。具体的，当近红外光照射到导电膜上时，银纳米线-石墨烯复合材料吸收近红外光对热塑性聚氨酯进行加热，同时热塑性聚氨酯本身吸收部分热量，二者共同作用通过促进热塑性聚氨酯发生熔融流动实现破损膜的自修复，大大提高了修复效率；而自修复过程中又牵引银纳米线-石墨烯复合材料重组，形成新的导电网络，最终实现修复后仍具有高导电率。此外，石墨烯又有利于改善热塑性聚氨酯材料的机械性能，从而保障修复后的导电膜依然具有良好的机械性能。实施例的结果表明，本专利技术制备的近红外热修复柔性导电膜具有高导电性，且当导电膜表面出现微裂纹时，在波长0.76～5μm的红外灯下照射5～10分钟微裂纹消失，实现完全修复。具体实施方式本专利技术提供了一种近红外热修复柔性导电膜的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、硝酸银和乙二醇混合，得到第一混合料液；将聚乙烯吡咯烷酮、三氯化铁和乙二醇混合，得到第二混合料液；将所述第一混合料液和第二混合料液混合，将得到的反应料液进行溶剂热反应，得到银纳米线-石墨烯复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近红外热修复柔性导电膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将氧化石墨烯、硝酸银和乙二醇混合，得到第一混合料液；/n将聚乙烯吡咯烷酮、三氯化铁和乙二醇混合，得到第二混合料液；/n将所述第一混合料液和第二混合料液混合，将得到的反应料液进行溶剂热反应，得到银纳米线-石墨烯复合材料；/n将所述银纳米线-石墨烯复合材料、热塑性聚氨酯和N,N-二甲基甲酰胺混合，将所得混合浆料进行成膜，干燥后得到近红外热修复柔性导电膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种近红外热修复柔性导电膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氧化石墨烯、硝酸银和乙二醇混合，得到第一混合料液；
将聚乙烯吡咯烷酮、三氯化铁和乙二醇混合，得到第二混合料液；
将所述第一混合料液和第二混合料液混合，将得到的反应料液进行溶剂热反应，得到银纳米线-石墨烯复合材料；
将所述银纳米线-石墨烯复合材料、热塑性聚氨酯和N,N-二甲基甲酰胺混合，将所得混合浆料进行成膜，干燥后得到近红外热修复柔性导电膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为150～180℃，时间为3～5小时。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应料液中，硝酸银的质量含量为0.5～1.0％，氧化石墨烯和硝酸银的质量比为(0.03～0.1)：1，聚乙烯吡咯烷酮的质量含量为1.0～1.3％，三氯化铁的质量含量为0.0015～0.003％。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述银纳米线-石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王悦辉，周志敏，赵玉珍，王可，林凯文，张小宾，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：发明
国别省市：广东;44