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(guò)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(guò)壓延方式形成碳納米管薄膜；（2）通過(guò)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(wèn)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(shù)脂。

9、進(jìn)一步的，所述水溶性高分子樹(shù)脂包括聚乙烯吡咯烷酮、羥丙基纖維素、丙烯酸樹(shù)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(shù)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(shù)脂溶液中水溶性高分子樹(shù)脂的2%-3%。

37、進(jìn)一步的，所述水溶性高分子樹(shù)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(shù)脂溶液中的水溶性高分子樹(shù)脂的比為1-10:1。

39、進(jìn)一步的，所述水溶性高分子樹(shù)脂溶液的制備方法為常規(guī)手段，即將水溶性高分子樹(shù)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(shù)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(shù)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(guò)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(guò)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(guò)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(huà)、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(guò)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(shù)脂也能提升導(dǎo)電層與基材的連接強(qiáng)度。此外，通過(guò)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(shù)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。