本發(fā)明涉及導(dǎo)電材料，尤其涉及一種形成各向異性導(dǎo)電性能的材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著可穿戴設(shè)備和柔性電子設(shè)備的快速發(fā)展，對(duì)柔性導(dǎo)電發(fā)熱元件的需求日益增加。碳納米管展現(xiàn)出一種新穎的發(fā)熱機(jī)制：通電時(shí)，碳納米管的c-c共價(jià)鍵被激發(fā)，產(chǎn)生振蕩，振蕩產(chǎn)生的能量以聲子的形式向外輻射，發(fā)射出波長(zhǎng)在3μm-20μm的遠(yuǎn)紅外電磁波，遠(yuǎn)紅外波通過透明的基底可以直接向外輻射，不會(huì)因?yàn)槁曌由⑸涠鴮?dǎo)致能量損失，聲子能量以遠(yuǎn)紅外的形式傳播，使外部物體快速吸收和加熱，實(shí)現(xiàn)了通電即熱、斷電即冷的全新加熱機(jī)制，電熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)99.5%。碳納米管具備的眾多優(yōu)點(diǎn)收到廣泛的關(guān)注，已經(jīng)成為制備柔性導(dǎo)電發(fā)熱膜的主要材料。

2、但是現(xiàn)有碳納米管柔性膜的生產(chǎn)方案通常為：（1）通過壓延方式形成碳納米管薄膜；（2）通過與膠黏劑混合形成涂料液涂布在基材上形成碳納米管薄膜。然而這兩種方案所制備的柔性膜不會(huì)充分的利用材料進(jìn)行導(dǎo)電性能從而發(fā)熱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種形成各向異性導(dǎo)電性能的材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明獲得的材料能在水平和垂直方向都具有導(dǎo)電性，不僅有利于材料表面層的發(fā)熱，而且材料的內(nèi)部也可以進(jìn)行發(fā)熱，增加了材料發(fā)熱面積，使的整個(gè)材料的空間發(fā)熱而被充分的利用。

2、本發(fā)明提供了一種形成各向異性導(dǎo)電性能的材料，本發(fā)明的材料包括基材層、納米多孔結(jié)構(gòu)層和導(dǎo)電層；

3、所述納米多孔結(jié)構(gòu)層設(shè)置于基材層和導(dǎo)電層之間；

4、所述納米多孔結(jié)構(gòu)層包括改性氧化物，所述改性氧化物包括改性氧化鋁、改性氧化硅中的一種或多種；

5、所述改性氧化物的表面接枝有γ-氨丙基三乙氧基硅烷、聚丙烯酸銨、二烯丙基二甲基氯化銨、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲基硅烷、十二烷基硫酸鈉中的一種或多種改性基團(tuán)。

6、進(jìn)一步的，所述納米多孔結(jié)構(gòu)層還包括導(dǎo)電劑，所述導(dǎo)電劑位于改性氧化物的結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

7、進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電劑包括聚噻吩、聚苯胺中的一種或多種。

8、進(jìn)一步的，所述納米多孔結(jié)構(gòu)層還包括水溶性高分子樹脂。

9、進(jìn)一步的，所述水溶性高分子樹脂包括聚乙烯吡咯烷酮、羥丙基纖維素、丙烯酸樹脂、聚乙烯醇中的一種或多種。

10、進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電層包括一維碳納米材料。

11、進(jìn)一步的，所述一維碳納米材料包括單壁碳納米管，雙壁碳納米管，多壁碳納米管中的一種或多種。

12、進(jìn)一步的，所述一維碳納米材料的長(zhǎng)徑比為50-100:1；所述改性氧化物的孔徑為10nm-50nm。

13、進(jìn)一步的，所述一維碳納米管材料的直徑不小于改性氧化物的孔徑。

14、進(jìn)一步的，所述改性氧化物的粒徑為100nm-500nm。

15、進(jìn)一步的，所述基材層包括可涂布的基材。

16、進(jìn)一步的，所述可涂布的基材包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯(pp)、聚碳酸酯(pc)、聚氯乙烯(pvc)中的一種。

17、進(jìn)一步的，所述基材層的厚度為0.02mm-0.15mm。

18、進(jìn)一步的，所述納米多孔結(jié)構(gòu)層的厚度為50μm-100μm。

19、進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電層的厚度為0.15μm-4.5μm。

20、本發(fā)明還提高了所述形成各向異性導(dǎo)電性能的材料的制備方法，所述制備方法包括：

21、s1：將一維碳納米材料分散于溶液中，加入分散劑，混合均勻，獲得導(dǎo)電層漿料；

22、s2：調(diào)整改性氧化物漿料的ph值至2.5-3.5，加入水溶性高分子樹脂溶液、流平劑、固化劑，混合均勻，獲得納米多孔結(jié)構(gòu)層漿料；

23、s3：將導(dǎo)電劑溶解分散在溶液中，獲得導(dǎo)電劑分散液；

24、s4：將納米多孔結(jié)構(gòu)層漿料涂布在可涂布的基材的表面，烘干；在納米多孔結(jié)構(gòu)層上涂布導(dǎo)電分散液，烘干；繼續(xù)涂布導(dǎo)電層漿料，烘干。

25、進(jìn)一步的，所述分散劑的添加質(zhì)量為一維碳納米材料質(zhì)量的1%-5%。

26、進(jìn)一步的，所述一維碳納米材料在溶液中的質(zhì)量濃度為0.5%-1.5%。

27、進(jìn)一步的，所述溶液為去離子水。

28、進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電劑分散液中導(dǎo)電劑的質(zhì)量濃度為0.1%-1%。

29、進(jìn)一步的，所述調(diào)整改性氧化物漿料的ph值至2.5-3.5的具體方法：采用質(zhì)量濃度為10%的冰醋酸溶液。

30、進(jìn)一步的，所述冰醋酸溶液的制備方法包括，將冰醋酸與去離子水混合。

31、進(jìn)一步的，所述流平劑包括有機(jī)硅表面活性劑、氟離子表面活性劑中的一種或多種。

32、進(jìn)一步的，所述有機(jī)硅表面活性劑包括byk348。

33、進(jìn)一步的，所述氟離子表面活性劑包括fs-3100。

34、進(jìn)一步的，所述固化劑包括硼酸、硼砂、乙醛、異氰酸酯中的一種或多種。

35、進(jìn)一步的，所述流平劑的添加量為納米多孔結(jié)構(gòu)層漿料總質(zhì)量的0.1%-2.5%。

36、進(jìn)一步的，所述固化劑的添加量為水溶性高分子樹脂溶液中水溶性高分子樹脂的2%-3%。

37、進(jìn)一步的，所述水溶性高分子樹脂溶液的質(zhì)量濃度為5%-15%。

38、進(jìn)一步的，以質(zhì)量計(jì)，所述改性氧化物漿料和水溶性高分子樹脂溶液中的水溶性高分子樹脂的比為1-10:1。

39、進(jìn)一步的，所述水溶性高分子樹脂溶液的制備方法為常規(guī)手段，即將水溶性高分子樹脂溶解分散于溶劑中，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解的是，由于水溶性高分子樹脂本身的特性，用于溶解的溶劑不同，例如，水、乙醇等，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)水溶性高分子樹脂選擇其需要的溶劑。

40、進(jìn)一步的，所述烘干的溫度為50℃-60℃。

41、進(jìn)一步的，所述改性氧化物漿料的制備方法包括：將改性基團(tuán)加入含有氧化物的溶液中，混合均勻，老化處理，冷卻，獲得改性氧化物漿料。

42、在本發(fā)明中對(duì)氧化物進(jìn)行改性過程中，改性基團(tuán)與氧化物表面的羥基反應(yīng)，進(jìn)行縮合，實(shí)現(xiàn)改性基團(tuán)接枝在氧化物的表面，完成改性過程。

43、進(jìn)一步的，以質(zhì)量計(jì)，所述改性基團(tuán)與氧化物的比為5:100。

44、進(jìn)一步的，所述含有氧化物的溶液的制備方法包括，將氧化物與去離子水混合，以質(zhì)量計(jì)，所述氧化物與去離子水的比為1:4。

45、進(jìn)一步的，所述混合均勻的方式有多種，在本發(fā)明中，作為一種示例，可以采用高剪切分散機(jī)以8000轉(zhuǎn)/分鐘剪切處理60分鐘。

46、進(jìn)一步的，所述老化處理的具體方法：在70℃-90℃下處理230min-250min。

47、進(jìn)一步的，可以在老化處理過程中進(jìn)行攪拌。

48、本發(fā)明還提供了所述形成各向異性導(dǎo)電性能的材料在理療電極片、穿戴發(fā)熱服、墻體發(fā)熱畫、玻璃除霜膜中的應(yīng)用。

49、本發(fā)明實(shí)施例具有以下技術(shù)效果：

50、1.在本發(fā)明中納米多孔結(jié)構(gòu)層中的氧化物上的接枝基團(tuán)能促使導(dǎo)電劑向改性氧化物內(nèi)部擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明材料在縱向的方向上具有導(dǎo)電能力；而在本發(fā)明中，第一，氧化物的多孔結(jié)構(gòu)可通過毛細(xì)作用吸附導(dǎo)電層和基材層，雙向聯(lián)結(jié)性能提升了導(dǎo)電層與基材的結(jié)合牢度，從而提升了導(dǎo)電層和基材層與納米多孔結(jié)構(gòu)層連接強(qiáng)度，第二，水溶性高分子樹脂也能提升導(dǎo)電層與基材的連接強(qiáng)度。此外，通過氧化物表面的接枝基團(tuán)，還可以減少氧化物納米粒子的團(tuán)聚，增大了納米粒子在高分子樹脂中的均一性，從而有利于獲得均一的納米多孔結(jié)構(gòu)層漿料。

51、2.在本發(fā)明中，為了進(jìn)一步提升納米多孔結(jié)構(gòu)層中的改性氧化物對(duì)導(dǎo)電劑的吸附效果，根據(jù)不同的導(dǎo)電劑在氧化物表面設(shè)計(jì)了與之能配合的接枝；并且還進(jìn)一步選擇了氧化物表面的接枝量，在防止接枝之間相互纏繞的基礎(chǔ)上，提升了氧化物對(duì)分散劑的吸附能力。