一种超高韧性和高导电性弹性体的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种超高韧性和高导电性弹性体的制备方法，该方法采用液相球磨的方式制备出纳米金属

【技术实现步骤摘要】
一种超高韧性和高导电性弹性体的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于电子和机械
，特别是涉及一种超高韧性和高导电性弹性体的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，智能纺织产品及其关键技术得到了快速发展，其为消费者提供了更好地防护、更多元化的功能，也是电子产品和智能制造领域的未来发展方向和重要经济增长点。其中，柔性智能纺织材料例如智能纤维、纱线、织物、弹性纤维，是智能纺织产品的研发热点和难点。同时，这类柔性智能纺织材料也可作为传感器、电路板、显示屏等智能电子器件的连接导线。例如，使用柔性电连接导线，可作为电路的弹性连接，是实现智能功能的前提，柔性导线的质量也是保障智能纺织品功能的关键环节。目前使用的柔性导线基本是金属导线，或者是为改善舒适性采用的纤维包覆导线的形式，但是基本都是无弹性的，会导致在穿着或使用过程中导线被反复拉扯，导电性降低甚至断裂。
[0003]将纳米银、石墨烯、碳纳米管等高弹性模量高导电颗粒作为导电介质掺入导体中制备出导电弹性体的方式是一种有益的思考和选择。然而，分散在弹性体中的纳米银在拉伸时，颗粒无法有效地接触，会加剧弹性体电学性能变差的问题。液态金属在常温下不仅自身具有流动性，电流也能在其中流动，是作为可拉伸器件和电路的理想材料，也被报道用于导电弹性体。但目前已报道的液态金属在多种弹性体中的应用只是简单地附着，并未起到强化弹性体的作用，因而这类弹性体的增益效果并不显著。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
所述存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种超高韧性和高导电性弹性体的制备方法及其应用，通过液相球磨的方式制备出纳米金属
‑
液态金属复合粉末，采用机械搅拌的方式与弹性体混合后可制备出高分散性导电性弹性体。该方法操作简单且整个制备工艺可在室温下进行，避免了高温对弹性体材料的破坏。同时，纳米金属
‑
液态金属复合粉末在弹性体材料中均匀、高效的分散起到了弥散强化作用，并可构建出连续的、可被拉伸的多通道导电通路，显著提升弹性体的超高韧性和高导电性，并可满足电路连接部件的应用需求。
[0005]本专利技术的具体技术方案如下。
[0006]一种超高韧性和高导电性弹性体的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将纳米金属加入到酯类溶剂中超声分散，获得纳米金属分散液A，纳米金属和酯类溶剂的固液质量比为1：(5
‑
20)，超声分散的功率为100
‑
500W，超声频率为50
‑
150Hz，超声时间为2
‑
6h。
[0008]纳米金属均匀分散于溶剂中，有利于液态金属与纳米金属的均匀混合，有利于获得高均匀性和分散性的纳米金属
‑
液态金属导电弹性体；
[0009](2)向纳米金属分散液A中加入Ga
‑
In基液态金属，并在球磨条件下制备获得纳米
金属
‑
液态金属分散液B，液态金属和纳米金属分散液的固液质量比为1：(1
‑
5)，球磨转速为100
‑
300rpm，球磨时间为6
‑
8h；
[0010](3)将纳米金属
‑
液态金属分散液B离心后真空干燥，获得纳米金属
‑
液态金属复合粉末C，离心转速为10,000
‑
15,000rpm，离心时间为20
‑
30min，真空干燥温度为50
‑
90℃，真空干燥时间为8
‑
12h；
[0011](4)将纳米金属
‑
液态金属复合粉末C加入到弹性体基体材料D，采用机械搅拌的方式混匀获得纳米金属
‑
液态金属
‑
弹性体前驱体材料E，纳米金属
‑
液态金属复合粉末C和弹性体基体材料D的质量比为1：(5
‑
20)，机械搅拌的转速为500
‑
1,000rpm，搅拌时间为1
‑
3h；
[0012](5)向纳米金属
‑
液态金属
‑
弹性体前驱体材料E中加入弹性体固化剂F，采用机械搅拌的方式混匀获得纳米金属
‑
液态金属
‑
弹性体G，所述的弹性体固化剂F是铂金固化硅胶固化剂、PU固化剂或弹性硅胶固化剂；弹性体基体材料D和弹性体固化剂F的质量比为1:1，机械搅拌的转速为1,000
‑
1,500rpm，搅拌时间为10
‑
30min。
[0013]先将纳米金属
‑
液态金属复合粉末与弹性体基体材料先行混合，再加入固化剂的方式，有利于纳米金属
‑
液态金属复合粉末在弹性体中的均匀混合，可避免弹性体基体材料和固化剂混合后会快速固化而影响纳米金属
‑
液态金属复合粉末在弹性体中的混合效果及其韧性和导电性。
[0014]所述的纳米金属包括纳米银、纳米金、纳米铜、纳米铁、纳米镍粉末中的一种或几种，所述纳米金属的纯度大于99％。
[0015]所述的酯类溶剂包括乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丙酯中的一种或几种。
[0016]所述的Ga
‑
In基液态金属的金属镓含量为65
‑
95质量份、金属铟含量为5
‑
35质量份；
[0017]所述的纳米金属
‑
液态金属复合粉末C中，纳米金属和液态金属的质量比为(0.5
‑
0.8)：1。
[0018]所述的弹性体材料包括铂金固化硅胶Ecoflex00
‑
30、PU和弹性硅胶中的一种或几种。
[0019]一种电路连接部件，根据上述任一方法制备纳米金属
‑
液态金属
‑
弹性体G，并将弹性体G采用直写或涂布的方式在电路刚性载体或柔性载体表面制备导电弹性体电路电连接部件H，并将导电弹性体电路电连接部件H在鼓风干燥箱中烘干固化，干燥固化温度为80
‑
120℃，干燥固化时间为30
‑
120min。
[0020]所述的电路刚性载体为PCB板、氧化铝陶瓷板、氮化铝陶瓷板、铝基板、铜基板。
[0021]所述的电路柔性载体为PET、PVC、PI、PEN、Teslin、相纸。
[0022]本专利技术的有益效果是：纳米金属
‑
液态金属复合粉末的高电导性及其在弹性体中的均匀分散和弥散强化作用有助于提高弹性体的导电性和韧性。同时，复合粉末的多通道增强作用也有利于构建高效的电子传输通道。该方法操作简单，仅通过液相球磨并可制备出纳米金属
‑
液态金属复合粉末，并采用机械搅拌的方式与弹性体混合后制备出高分散性导电性弹性体。本专利技术制备的纳米金属
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高韧性和高导电性弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纳米金属加入酯类溶剂中超声分散，获得纳米金属分散液A，纳米金属和酯类溶剂的固液质量比为1：(5
‑
20)，超声分散的功率为100
‑
500W，超声频率为50
‑
150Hz，超声时间为2
‑
6h；(2)向纳米金属分散液A中加入Ga
‑
In基液态金属，并在球磨条件下制备纳米金属
‑
液态金属分散液B，液态金属和纳米金属分散液的固液质量比为1：(1
‑
5)，球磨转速为100
‑
300rpm，球磨时间为6
‑
8h；(3)将纳米金属
‑
液态金属分散液B离心后真空干燥，获得纳米金属
‑
液态金属复合粉末C，离心转速为10,000
‑
15,000rpm，离心时间为20
‑
30min，真空干燥温度为50
‑
90℃，真空干燥时间为8
‑
12h；(4)将纳米金属
‑
液态金属复合粉末C加入弹性体基体材料D中，混匀获得纳米金属
‑
液态金属
‑
弹性体前驱体材料E，纳米金属
‑
液态金属复合粉末C和弹性体基体材料D的质量比为1：(5
‑
20)；(5)向纳米金属
‑
液态金属
‑
弹性体前驱体材料E中加入弹性体固化剂F，得到纳米金属
‑
液态金属
‑
弹性体G，其中弹性体基体材料D和弹性体固化剂F的质量比为1:1。2.根据权利要求1所述超高韧性和高导电性弹性体的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建新，张琦，李双寿，李睿，李璠，王健美，王蓓蓓，高英，王浩宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：