本發(fā)明屬于柔性導(dǎo)電材料及其制備和應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種柔性導(dǎo)電復(fù)合織物及其制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來,隨著科技以及互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，智能紡織品和可穿戴電子產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用越來越廣泛，而導(dǎo)電織物因其可以同時實現(xiàn)導(dǎo)電與可穿戴，在醫(yī)療、軍事、娛樂等諸多領(lǐng)域表現(xiàn)出重要的研究價值和應(yīng)用潛力。
目前市場上的導(dǎo)電織物大多是通過導(dǎo)電纖維混紡或?qū)щ娡繉拥确绞街频?。?dǎo)電纖維雖然電學(xué)性能優(yōu)良，但柔性差，不耐彎折，價格高昂，在紡紗過程中，混紡比不當會造成很大浪費，增加了織造工藝難度，在紡織品的應(yīng)用中受到一定的局限性，而導(dǎo)電涂層的方式一方面增加了織物的厚度和硬度，穿戴舒適性差，另一方面耐洗滌性能差，涂層容易脫落，在使用過程中也具有很多缺陷。因此，現(xiàn)在迫切需要研發(fā)一種具有“輕、薄、柔”特性，穿戴舒適性好，彈性高，耐久性好的導(dǎo)電織物。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種柔性導(dǎo)電復(fù)合織物及其制備和應(yīng)用，本發(fā)明所制備的導(dǎo)電織物導(dǎo)電性好，可達到103S/m-105S/m，同時可承受一定彎曲和壓縮變形。該柔性導(dǎo)電織物可以用于智能可穿戴服裝中，在智能紡織結(jié)構(gòu)和智能材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
本發(fā)明的一種柔性導(dǎo)電復(fù)合織物，所述柔性導(dǎo)電復(fù)合織物包括：導(dǎo)電復(fù)合膜(1)、基體織物(2)、粘合劑(3)；其中基體織物(2)通過粘合劑(3)粘附在導(dǎo)電復(fù)合膜上下表面；導(dǎo)電復(fù)合膜(1)兩端粘附有電極，導(dǎo)電復(fù)合膜(1)膜厚可根據(jù)需要控制在0.4mm-1.5mm，優(yōu)選為0.6mm。
所述導(dǎo)電復(fù)合膜(1)為碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜。
所述基體織物為氨綸彈性織物、尼龍耐磨織物。
所述粘合劑為聚二甲基硅氧烷、丙烯酸、聚氨酯中的一種或幾種；電極為銅片、銅絲、碳納米管紗線中的一種。
本發(fā)明的一種柔性導(dǎo)電復(fù)合織物的制備方法，包括：
(1)將一層碳納米管薄膜浸漬在石墨烯懸浮液中，取出后室溫自然晾干，得到碳納米管/石墨烯復(fù)合膜；
(2)在碳納米管/石墨烯復(fù)合膜表面原位生長聚苯胺納米線陣列，得到碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜；
(3)上述碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合膜的兩端黏附電極，并通過粘合劑在復(fù)合膜上下表面包覆基體織物，固化，即得柔性導(dǎo)電復(fù)合織物。
所述步驟(1)中碳納米管薄膜為：可由單壁或多壁碳納米管制得，碳納米管直徑為10nm-100nm，薄膜厚度為10μm-50μm，孔隙率為35％-75％，拉伸強度為100MPa-500MPa，電導(dǎo)率為104-105S/m。
所述步驟(1)中石墨烯懸浮液的濃度為1mg/ml～50mg/ml。
所述步驟(1)中浸漬次數(shù)為1-3次，每次浸漬時間為1-5h。
所述步驟(2)中在碳納米管/石墨烯復(fù)合膜表面原位生長聚苯胺納米線陣列為采用稀溶液聚合法，在碳納米管/石墨烯薄膜表面原位生長聚苯胺納米線陣列，具體為：
將制得的碳納米管/石墨烯薄膜放入裝有HClO4溶液(濃度為1mol/L)的反應(yīng)器中，冰浴下進行磁力攪拌，加入苯胺單體(10mmol/L)，攪拌10-30min后，將APS(6.7mmol/L)溶解在HClO4溶液中并加入到反應(yīng)器中，保持冰浴條件持續(xù)攪拌12-24h，聚合完成后，取出薄膜并用HClO4溶液(濃度為0.1mol/L)沖洗，然后放置于真空干燥箱中，45℃下干燥過夜烘干，得到碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電膜。
所述步驟(3)中黏附電極為通過導(dǎo)電銀膠黏附電極。
所述步驟(3)中固化參數(shù)(如固化時間、溫度等條件)由所選擇的粘合劑決定，一般為溫度：25℃-150℃，時間：0.5h-24h。
本發(fā)明的一種柔性導(dǎo)電復(fù)合織物的應(yīng)用，其特征在于：用于智能可穿戴服裝中。
本發(fā)明采用了碳納米管膜作為柔性復(fù)合導(dǎo)電織物的主體材料，并將石墨烯、聚苯胺等導(dǎo)電材料與之復(fù)合，使導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加暢通，協(xié)同增強了導(dǎo)電性能，再通過粘結(jié)復(fù)合工藝，制得柔性復(fù)合導(dǎo)電織物。本發(fā)明制備工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，制備得到的導(dǎo)電織物具有柔韌性好、導(dǎo)電性好(103S/m-105S/m)、電學(xué)性能穩(wěn)定等特點，并且可以根據(jù)使用需要選擇不同厚度的基體織物，如復(fù)合超輕薄氨綸彈性織物，實現(xiàn)導(dǎo)電織物輕薄化，提高穿著舒適性。此外，還可以對其進行裁剪，選擇不同形狀和大小，滿足不同應(yīng)用的需求。
有益效果
(1)本發(fā)明采用柔性納米導(dǎo)電膜——碳納米管膜作為復(fù)合導(dǎo)電織物主體，電導(dǎo)率可達0.5*104-1.5*105S/m，具有高導(dǎo)通性，電學(xué)性能穩(wěn)定，比傳統(tǒng)導(dǎo)電材料膜輕薄耐用，可承受拉伸彎折；
(2)本發(fā)明采用導(dǎo)電材料的多重復(fù)合方法，使得形成暢通的空間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同增強材料的導(dǎo)電性；
(3)本發(fā)明采用基體織物與復(fù)合導(dǎo)電膜復(fù)合，使得其可應(yīng)用于智能紡織品中，同時也起到了保護碳納米管膜的作用，使其不易磨損漏電，提高了材料的電學(xué)安全性和耐久性；
(4)本發(fā)明制備方法簡單易行，適合產(chǎn)業(yè)化推廣，具有廣泛的應(yīng)用前景。
附圖說明
圖1是柔性復(fù)合導(dǎo)電織物示意圖；其中，1—導(dǎo)電復(fù)合膜；2—基體織物；3—粘合劑。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實施例1
材料：
(1)選用尺寸為40×40cm2的碳納米管膜1(中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所)，膜厚度為20μm，孔隙率為75％，拉伸強度為約200MPa，電導(dǎo)率約1*105S/m；
(2)選用2mg/ml的石墨烯懸浮液(紐美泰新材料有限公司)；
(3)聚苯胺原位聚合所選用的苯胺單體(Aldrich化學(xué)試劑公司)在使用前經(jīng)過蒸餾提純；高氯酸(HClO4)，過硫酸銨(APS,(NH4)2S2O8)均為國藥化學(xué)試劑公司產(chǎn)品，為分析純；
(4)選用超細超薄萊卡布2，克重：110g/m2，紗支：20D，成分及含量：錦綸：80％，氨綸：20％，尺寸為40×40cm2。
(5)將PDMS(聚二甲基硅氧烷)液體(道康寧公司DC184)與固化劑按10：1比例混合均勻得到粘合劑3。
制備步驟：
將一層超薄碳納米管膜浸漬在石墨烯懸浮液中，處理3小時后取出，在室溫下自然晾干，得到碳納米管/石墨烯復(fù)合膜。
將制得的碳納米管/石墨烯薄膜放入裝有50mL，1mol/L HClO4溶液的反應(yīng)器中，冰浴下進行磁力攪拌，加入苯胺單體(10mmol/L)，攪拌30min后,將APS(6.7mmol/L)溶解在5mL HClO4溶液中并加入到反應(yīng)器中，保持冰浴條件持續(xù)攪拌24h。聚合完成后,取出薄膜并用濃度為0.1mol/L的HClO4溶液沖洗，然后放置于真空干燥箱中，45℃下干燥過夜烘干，得到碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電膜。
在上述復(fù)合導(dǎo)電薄膜兩端通過導(dǎo)電銀膠黏附銅絲電極，然后在其上下表面各均勻涂覆一層PDMS，厚度約為0.2mm，再粘合一層萊卡布作為保護層，使其在80℃下固化10小時，固化結(jié)束后即得到超薄柔性復(fù)合導(dǎo)電織物。
該超薄柔性復(fù)合導(dǎo)電織物材料厚度約為0.5mm，導(dǎo)電率達到104S/m，可以承受彎曲壓縮等變形。該超薄柔性的導(dǎo)電復(fù)合織物可以作為超薄可穿戴彈性電子器件，還可用于智能服裝等。
實施例2
材料：
(1)選用尺寸為40×40cm2的碳納米管膜1(中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所)，膜厚度為20μm，孔隙率為75％，拉伸強度為約200MPa，電導(dǎo)率約1*105S/m；
(2)選用2mg/ml的石墨烯懸浮液(紐美泰新材料有限公司)；
(3)聚苯胺原位聚合所選用的苯胺單體(Aldrich化學(xué)試劑公司)在使用前經(jīng)過蒸餾提純；高氯酸(HClO4)，過硫酸銨(APS,(NH4)2S2O8)均為國藥化學(xué)試劑公司產(chǎn)品，為分析純；
(4)選用100D滌綸四面彈力布2，克重：125g/m2，成分及含量：滌綸：90％，氨綸：10％，尺寸為40×40cm2。
(5)選用水溶性聚氨酯(拜耳科技有限公司)作為粘合劑3，防水透氣。
制備步驟：
將一層超薄碳納米管膜浸漬在石墨烯懸浮液中，處理3小時后取出，在室溫下自然晾干，得到碳納米管/石墨烯復(fù)合膜。
將制得的碳納米管/石墨烯薄膜放入裝有50mL，1mol/L HClO4溶液的反應(yīng)器中，冰浴下進行磁力攪拌，加入苯胺單體(10mmol/L)，攪拌30min后,將APS(6.7mmol/L)溶解在5mL HClO4溶液中并加入到反應(yīng)器中，保持冰浴條件持續(xù)攪拌24h。聚合完成后,取出薄膜并用濃度為0.1mol/L的HClO4溶液沖洗，然后放置于真空干燥箱中，45℃下干燥過夜烘干，得到碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電膜。
在上述復(fù)合導(dǎo)電薄膜兩端通過導(dǎo)電銀膠黏附銅絲電極，然后在其上下表面各均勻涂覆一層聚氨酯粘合劑,厚度約為0.2mm，再粘合一層滌綸四面彈力布作為保護層，使其在60℃下固化12小時，固化結(jié)束后即可制得防水透氣的柔性導(dǎo)電復(fù)合織物。
該防水透氣的柔性導(dǎo)電復(fù)合織物導(dǎo)電性能穩(wěn)定，而且輕便、透氣性好，符合人體皮膚的生理要求，光滑、涼爽、清新透氣，出汗不粘皮膚，而且也能保持服裝的外形美，非常適宜作為可穿戴電子設(shè)備。
實施例3
(1)選用尺寸為40×40cm2的碳納米管膜1(中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所)，膜厚度為20μm，孔隙率為75％，拉伸強度為約200MPa，電導(dǎo)率約1*105S/m；
(2)選用2mg/ml的石墨烯懸浮液(紐美泰新材料有限公司)；
(3)聚苯胺原位聚合所選用的苯胺單體(Aldrich化學(xué)試劑公司)在使用前經(jīng)過蒸餾提純；高氯酸(HClO4)，過硫酸銨(APS,(NH4)2S2O8)均為國藥化學(xué)試劑公司產(chǎn)品，為分析純；
(4)選用高密錦綸四面彈力布2，克重：168g/m2，成分及含量：錦綸：84％，氨綸：16％，尺寸為40×40cm2。
(5)選用水溶性聚氨酯(拜耳科技有限公司)作為粘合劑3。
制備步驟：
將一層超薄碳納米管膜浸漬在石墨烯懸浮液中，處理3小時后取出，在室溫下自然晾干，得到碳納米管/石墨烯復(fù)合膜。
將制得的碳納米管/石墨烯薄膜放入裝有50mL，1mol/L HClO4溶液的反應(yīng)器中，冰浴下進行磁力攪拌，加入苯胺單體(10mmol/L)，攪拌30min后,將APS(6.7mmol/L)溶解在5mL HClO4溶液中并加入到反應(yīng)器中，保持冰浴條件持續(xù)攪拌24h。聚合完成后,取出薄膜并用濃度為0.1mol/L的HClO4溶液沖洗，然后放置于真空干燥箱中，45℃下干燥過夜烘干，得到碳納米管/石墨烯/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電膜。
在上述復(fù)合導(dǎo)電薄膜兩端通過導(dǎo)電銀膠黏附銅絲電極，然后在其上下表面各均勻涂覆一層聚氨酯粘合劑,厚度約為0.3mm，再粘合一層錦綸四面彈力布作為保護層，使其在60℃下固化12小時，固化結(jié)束后即可制得耐磨柔性導(dǎo)電復(fù)合織物。
該耐磨彈性可拉伸的導(dǎo)電復(fù)合織物導(dǎo)電性能穩(wěn)定，而且輕便耐磨、垂挺質(zhì)感及可變形性好，穿著舒適，耐久性好。