一种非对称性多孔TPU/Ag@K2Ti4O9导电薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及导电薄膜制备技术领域内一种非对称性多孔TPU/Ag@K2Ti4O9导电薄膜的制备方法，将一定量热塑性聚氨酯（TPU）溶解在N,N

【技术实现步骤摘要】
一种非对称性多孔TPU/Ag@K2Ti4O9导电薄膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及非对称性多孔导电薄膜制备
，特别涉及一种通过特殊的非溶剂致相分离的方法使Ag包覆的K2Ti4O9晶须和高分子混合浆料（TPU/Ag@K2Ti4O9）固化成非对称性多孔导电薄膜的方法。

技术介绍

[0002]目前来说，微型传感器的使用领域逐渐从实验室发展到了健康监测，人机交互等现实应用的领域，这就对这些传感器提出了新的要求。其中具有传感性能的薄膜状的柔性导电材料是最主流的选择。具有传感性能的薄膜有很多种，其中绝大部分是将导电的增强相与维持物理性能的基体充分混合，使其成为具有一定弹性的复合膜的复合材料。增强相作为导电功能的承担者，有很多学者对此类材料的选择做了很多工作，使用碳黑，碳纳米管，导电高分子，纳米银颗粒，银纳米线的材料都取得了不错的拉伸性能。但是它们或多或少的存在一些问题，例如导电高分子，银纳米线成本过高，处置不当容易团聚，导电高分子在放置长时间后容易被氧化，长期储存稳定性不佳，碳纳米管、银纳米粒子分散性能不佳。为了改进这些缺陷，科研人员会对材料的形貌进行精细化的调控，例如通过纺丝的方法先制备出复合材料纤维构成网状结构再将其制成膜，或者用负载的方法例如让石墨烯负载在铜网上，在将铜网蚀刻掉并负载在高分子上做出高性能的拉伸传感薄膜，甚至直接使用3D打印来获得微结构使材料获得拉伸传感性能。但是这些精细化调控往往需要复杂的工艺过程且复合材料难以回收利用。
[0003]目前为止，关于导电薄膜已有很多报道。通过检索近两年的相关文献：中国专利公开号为：CN113889295A，公开日为2022年1月4日，名称为一种导电薄膜及其制造方法，该专利说明书中公开了该导电薄膜包括四层结构：由下而上分别是基材层、热塑性聚氨酯复合层、导电层及热塑性聚氨酯表面层。所述热塑性聚氨酯复合层包括热塑性聚氨酯耐温层及热塑性聚氨酯热熔层，所述热塑性聚氨酯耐温层设置于所述热塑性聚氨酯热熔层上，所述热塑性聚氨酯热熔层设置于所述基材层上。所述导电层包括导电电路，所述导电电路设置于所述热塑性聚氨酯耐温层上。所述热塑性聚氨酯表面层设置于所述导电层上。利用所述热塑性聚氨酯复合层的设计，导电层不会直接与基材层接触，故当基材层有拉扯情形时，可避免导电层的导电电路断路现象，可提高产品的使用寿命， 该专利说明书主要特点是通过加工的方式来获得多层结构，而非溶剂致相分离的方法来直接制备非对称性的多层导电薄膜，同时，在导电基体上，其使用的是导电电路。中国专利公开号为：CN113871054A，公开日为2021年12月31日，名称为一种柔性透明导电薄膜及其制备方法，该专利提供的柔性透明导电薄膜由聚酰亚胺(PI)和银纳米线(Ag NWs)构成，是将Ag NWs嵌入PI，并通过自组装层五氟苯硫酚(PFT)对其进行修饰，从而得到高电导率，高透射率，高附着力，表面功函数匹配的柔性透明导电薄膜。另有中国专利公开号为：CN113838598A，公开日为2021年12月24日，名称为一种抗氧化的低方阻透明导电薄膜，所述导电薄膜本体包括底膜层、银膜层和保护层, 其银膜层设置在底膜层上，保护层设置在银膜层上。这同样需要通过复杂的加工方法
来使薄膜获得低方阻、高透明度、抗手印氧化、耐候性等良好性能。中国专利公开号为：CN113381122A，公开日为2021年9月10日，名称为一种通过非溶剂致相分离法制备多孔间位芳纶隔膜的方法，其也是通过非溶剂致相分离过程制备具有特殊性能的薄膜，其专利技术人通过对铸膜液组成、凝固浴组成及成型条件进行调节，采用阶梯凝固浴，制备具有优异的表皮孔结构和内部孔结构的多孔间位芳纶隔膜。具有制备过程简单，成型时间短，制备工艺易调节，能耗低，适合大规模工业化生产的特点；该公布的说明书中虽然也是非溶剂致相分离法制备有特殊性质的薄膜，但是其通过控制凝固浴来实现常规定义下利用液态水和水中溶质来实现的非溶剂致相分离过程从而制备特殊性质多孔薄膜。通过对比已有的公开文献，现有技术中大多通过后期加工的方式将多层膜复合到同一层膜上面，或者是使用多种复杂的材料来制备复合膜。均存在加工过程复杂且在损坏后难以回收利用的缺点。另外在已公开的技术中，被广泛使用的银纳米线，MXene也较为昂贵，限制了其在市场上广泛应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中多孔多层复合导电薄膜制备工艺复杂，薄膜材料难以回收再利用的问题提供了一种通过独特的非溶剂致相分离的方法制备非对称性多孔导电薄膜，通过一维材料锚定机理，以核壳形Ag@K2Ti4O9晶须作为增强相，添加到溶解于DMF的聚氨酯（TPU）溶液中制成浆料，在薄膜成型的过程中锚定聚氨酯（TPU）浆料和在成型后构成导电网络的双重作用，一步法制备非对称性多孔导电薄膜。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的，一种非对称性多孔TPU/Ag@K2Ti4O9导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a) 将热塑性聚氨酯（TPU）与N, N
‑
二甲基甲酰胺（DMF）混合配制质量浓度为15～25%的混合液，完全溶解后得到分散均匀的浆料A；本步中合理优化控制TPU的质量浓度范围，若TPU质量浓度过低，体系粘度将下降，银包覆四钛酸钾导电晶须对TPU的锚定作用将减弱，将会生成表面不均匀的薄膜，若TPU质量浓度过高，体系将会像打发后的奶油一样失去流体性质，无法在容器中自动变得平整；b) 向浆料A中加入质量为a)步中浆料A总质量15～25%的Ag@K2Ti4O9导电晶须，在干燥的条件下搅拌20～40 min，然后在干燥的条件下静置10～20min，得到分散均匀的导电浆料B；本步中，首先控制往浆料A中加入的Ag@K2Ti4O9导电晶须占浆料A总质量，若加入过多，则会降低导电薄膜的力学性能，使其变得易断，若加入过少，则会降低导电薄膜的电学性质，使其电阻变大；同时加入的多少还会影响特殊的非溶剂致相分离过程； c) 预固化薄膜：在玻璃平板表面均匀铺上b）步中的导电浆料B，干燥环境下静置消泡10～20min后，将其转移至20～30 ℃的温度，40～60 %RH的相对湿度的环境下放置1～3 h，得到预固化的产物C；本步中，合理的消泡时间，可以保证成品表面没有气泡，如果时间过长，薄膜将会变干变成不透气无孔薄膜；温度要在0
‑
30摄氏度下，如果温度过高，TPU对导电晶须的锚定作用将会消失，将无法形成非对称性的结构将会生成对称性导电薄膜；湿度也不能过低，否则薄膜将会干燥变薄。此过程将持续1 h以上，才能使非溶剂致相分离过程完成；d）将c）步中的预固化产物C连带着玻璃平板浸没在水中1～3 h，使其完全固化，揭下薄膜，得到固化完成的薄膜D；本步中，为彻底去除导电薄膜中的DMF，将预固化产物C连带着玻璃板或培养皿浸没在水中1
‑
3 h，使其完全固化，揭下薄膜，得到固化完成的薄膜D，其
中要连带着玻璃平板预固化的原因是，预固化产物C的物理强度类似于咀嚼过的口香糖，可以抵御水的冲击但是还没有完全成型，拉动将会使其损坏；e）将步骤d）中固化完成的薄膜在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称性多孔TPU/Ag@K2Ti4O9导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a) 将热塑性聚氨酯（TPU）与N, N
‑
二甲基甲酰胺（DMF）混合配制质量浓度为15～25%的混合液，完全溶解后得到分散均匀的浆料A；b) 向浆料A中加入质量为a)步中浆料A总质量15～25%的Ag@K2Ti4O9导电晶须，在干燥的条件下搅拌20～40 min，然后在干燥的条件下静置10～20 min，得到分散均匀的导电浆料B；c)预固化薄膜：在玻璃平板表面均匀铺上b）步中的导电浆料B，干燥环境下静置消泡10～20 min后，将其转移在20～30 ℃的温度下，40～60 %RH的相对湿度的环境下放置1～3 h，得到预固化的产物C；d）将c）步中的预固化产物C连带着玻璃平板浸没在水中1～3 h，使其完全固化，揭下薄膜，得到固化完成的薄膜D；e）将步骤d）中固化完成的薄膜在室温中自然晾干，即得到多孔TPU/Ag@K2Ti4O9导电薄膜。2.根据权利要求1所述的一种非对称性多孔TPU/Ag@K2Ti4O9导电薄膜的制备方法，其特征在于，桨料B中，TPU的质量与Ag@K2Ti4O9导电晶须的质量比为1：1。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：高强，陈子炜，高春霞，段浩，王宇航，朱辉，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：