專利名稱：一種導(dǎo)電泡沫及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能復(fù)合材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種導(dǎo)電泡沫及其制備方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電高分子及復(fù)合材料在電子工業(yè)領(lǐng)域如電磁屏蔽、靜電防護(hù)，航空領(lǐng)域如雷擊防護(hù)，能源領(lǐng)域如電池、電纜，其它應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域如傳感器、光電轉(zhuǎn)換器、醫(yī)療、微波通訊等都具有重要的應(yīng)用。在航空航天應(yīng)用上，材料的減重可以有效節(jié)省材料和能源消耗，在電子器件應(yīng)用上，材料的減重也有利于減少材料消耗和電子產(chǎn)品輕便化。而減重的一個(gè)重要的方法就是使用輕質(zhì)的泡沫材料，因此制備輕質(zhì)的導(dǎo)電泡沫也是目前的研究熱點(diǎn)之一。然而對(duì)于現(xiàn)有的泡沫制備方法，制備導(dǎo)電泡沫的過程由于導(dǎo)電材料本征的性質(zhì)或者因?yàn)閷?dǎo)電改性材料的引入，不可避免帶來以下幾方面的問題:泡沫制備工藝的改變和難度的加大、泡沫導(dǎo)電性不足、難以制備低密度的導(dǎo)電泡沫材料等。導(dǎo)電泡沫的制備方法可以為以下幾類:a.利用本征導(dǎo)電的材料制備導(dǎo)電泡沫，如金屬、導(dǎo)電聚合物。但由于本征導(dǎo)電的聚合物因?yàn)榉肿渔湹膹?qiáng)共軛，具有高剛性，通常為不溶不熔，難以直接發(fā)泡制備聚合物導(dǎo)電泡沫；金屬泡沫通常由模板浸潰并且燒結(jié)的方法制備，制備要求的條件較高，此外金屬材料密度相對(duì)較大。b.摻雜導(dǎo)電填料隨后發(fā)泡制備導(dǎo)電泡沫，這方面的研究最多，以摻雜包含碳系和金屬系填料為主，但摻雜填料后同時(shí)帶來發(fā)泡工藝上的困難，尤其對(duì)于為了達(dá)到材料高導(dǎo)電所需高摻雜量的情況；c.在泡沫體中吸附導(dǎo)電摻雜改性劑，如用碘蒸氣、碘溶液進(jìn)行摻雜改性等，利用導(dǎo)電聚合物單體吸附原位聚合等，這種方法也有缺點(diǎn)就是摻雜不均，難以應(yīng)用于閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫，目前的利用導(dǎo)電聚合物浸潰和改性的摻雜方法也難以達(dá)到高的導(dǎo)電率(參考公開文獻(xiàn)Sensors andActuators, 2005, 119:398)。具有高長徑比的導(dǎo)電組分可以在較低的填充量下達(dá)到滲流域值，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，如碳納米管、納米碳纖維、碳纖維等作為填充材料尤其受到關(guān)注(參考公開文獻(xiàn)AdvancedMaterials, 2005, 17:1999,專利W02008/045109A2)，如上文所述，除了帶來工藝改變和困難外，還有碳系材料的導(dǎo)電性不足，得到的導(dǎo)電泡沫電阻較大的問題，且需要達(dá)到一定摻雜量才能導(dǎo)電，因此帶來的泡沫密度較大，如參考的公開文獻(xiàn)Small，2007，3:408得到的導(dǎo)電泡沫密度要達(dá)到50kg/m3才能導(dǎo)電，還認(rèn)為是至該文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間為止密度最小的導(dǎo)電復(fù)合材料，而且此時(shí)電導(dǎo)率仍低于10_3S/m。對(duì)有機(jī)泡沫進(jìn)行導(dǎo)電化改性，如CN1117174所述的蒸鍍金屬，如CN1740216所述的電鍍方法，操作復(fù)雜且可能帶來環(huán)境污染問題，并且對(duì)設(shè)備也有較高的要求。以銀納米線為代表的金屬納米線材料由于大長徑比、低附載量高導(dǎo)電性，其研究不斷升溫，尤其在用于制備高透明電極材料和柔性電極材料上，可以在面密度低于lg/m2的情況下表面電阻率低于ΙΟΩ/sq.，但目前尚未應(yīng)用于制備導(dǎo)電泡沫上。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的:針對(duì)通常的導(dǎo)電填料及泡沫制備方法帶來的工藝?yán)щy、導(dǎo)電性不足和泡沫密度高的缺點(diǎn)，結(jié)合金屬納米線材料在應(yīng)用于薄膜等領(lǐng)域的低附載量高導(dǎo)電性的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提出一種導(dǎo)電泡沫及其制備方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):導(dǎo)電泡沫至少包括泡沫基體和由金屬納米線形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，將泡沫基體浸潰于金屬納米線的分散液中，分散液濃度為0.5 20mg/mL,分散液充分浸潰和填充泡沫基體中開孔的泡孔，使導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)分布在泡沫基體中開孔的泡孔的表面或者泡孔的孔中；然后，去除分散溶劑后得到不含粘結(jié)劑的導(dǎo)電泡沫。所述的導(dǎo)電泡沫的組成還包含粘結(jié)固定金屬納米線用的聚合物粘結(jié)劑，將制備的不含粘結(jié)劑的導(dǎo)電泡沫浸潰于聚合物粘結(jié)劑的溶液中，聚合物粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比濃度為
0.01 5%，然后，去除溶劑后得到包含粘結(jié)劑的導(dǎo)電泡沫。此外，還可以在金屬納米線的分散液添加可溶于該分散液的粘結(jié)劑，將泡沫浸潰到此分散液并且干燥后，金屬納米線和粘結(jié)劑可以同時(shí)分散到泡孔壁上以及泡孔內(nèi)部，從而得到包含粘結(jié)劑的導(dǎo)電泡沫。所述的金屬納米線是銀納米線、銅納米線、鎳納米線中的一種或者幾種的混合物。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是:本發(fā)明以非常簡單的方法制備了一種導(dǎo)電泡沫。利用金屬納米線分散液浸潰的方法，將金屬納米線材料附著于泡沫的泡孔結(jié)構(gòu)表面和泡孔內(nèi)部，形成三維連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)泡沫材料的導(dǎo)電功能化。首先本發(fā)明的方法制備導(dǎo)電泡沫不影響基體泡沫的發(fā)泡工藝過程，現(xiàn)有的制備泡沫的方法均無需改變，可以采用很低密度的泡沫和具有各種不同結(jié)構(gòu)的泡沫，尤其適用于充分開孔的以纖維狀連接的柔性泡沫；由于金屬納米線的大長徑比和表面附載的特點(diǎn)，在很低附載量下(<3kg/m3)泡沫即具有很高的導(dǎo)電性(>200S/m);再次，對(duì)于開孔結(jié)構(gòu)的泡沫，可以實(shí)現(xiàn)泡沫整體的導(dǎo)電，對(duì)于閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫，可以實(shí)現(xiàn)泡沫表面的導(dǎo)電。本發(fā)明設(shè)計(jì)并提供的導(dǎo)電泡沫及其制備方法，方法簡單便捷，能夠兼顧導(dǎo)電性、工藝可操作性，并能實(shí)現(xiàn)制備低密度高導(dǎo)電的泡沫。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的設(shè)計(jì)和制備技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1:將密度為9kg/m3三聚氰胺泡沫(Baltek，BASF產(chǎn)品，為完全開孔泡沫)浸潰于銀納米線或銅納米線在異丙醇或正己燒中的分散液中(濃度為lmg/mL或3mg/mL或5mg/mL),充分浸潰后取出，擠壓泡沫去掉50%的分散液后，在烘箱中70°C烘干得到整體導(dǎo)電的導(dǎo)電泡沫。本實(shí)施例中制備的一種含銀納米線的導(dǎo)電泡沫，其密度為12.2kg/m3,含銀量為
2.2kg/m3,電導(dǎo)率高于150S/m，具有整體高導(dǎo)電性，從密度和電導(dǎo)率均優(yōu)于采用導(dǎo)電填料摻雜并發(fā)泡法制備的導(dǎo)電泡沫。實(shí)施例2:將密度為25kg/m3PMI泡沫(為閉孔泡沫)或20kg/m3的三聚氰胺泡沫(為閉孔泡沫，BASF產(chǎn)品)浸潰于銀納米線或鎳納米線在異丙醇或正己烷中的分散液中(濃度為5mg/mL或18mg/mL)，充分浸潰后取出，在烘箱中70°C烘干得到表面導(dǎo)電的導(dǎo)電泡沫。
本實(shí)施例中制備的一種導(dǎo)電泡沫，其密度為25kg/m3，電導(dǎo)率在100S/m左右，但由于是閉孔結(jié)構(gòu)，銀納米線只分布在泡沫表面的開放的泡孔中和泡孔壁上，并形成連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因而該導(dǎo)電泡沫具有表面導(dǎo)電性，但不具有整體高導(dǎo)電性。實(shí)施例3:(3-1)將密度為9kg/m3三聚氰胺泡沫(Baltek，BASF產(chǎn)品，為開孔泡沫)或密度為5kg/m3的聚酰亞胺泡沫(為開孔泡沫)，浸潰于銀納米線在異丙醇或水中的分散液中(濃度為2mg/mL或7mg/mL)，抽真空排除泡沫中殘留的空氣泡，隨后恢復(fù)常壓使泡沫充分浸潰分散液，隨后在低功率微波爐中利用微波蒸發(fā)除去殘余溶劑，得到整體導(dǎo)電的導(dǎo)電泡沫。(3-2)將(3-1)中制備的導(dǎo)電泡沫浸潰于質(zhì)量百分比濃度為0.1%或0.5%或3%的酚酞改性的聚芳醚酮的四氫呋喃溶液或四氫呋喃基聚氨酯的氯仿溶液或聚乙烯醇的水溶液中，充分浸潰，隨后去除溶劑后得到包含聚合物粘結(jié)劑的導(dǎo)電泡沫。實(shí)施例4:(4-1)將密度為9kg/m3聚氨酯開孔泡沫或密度為7kg/m3的聚苯乙烯開孔泡沫，浸潰于銀納米線在異丙醇或水中的分散液中(濃度為2mg/mL或7mg/mL)，抽真空排除泡沫中殘留的空氣泡，隨后恢復(fù)常壓使泡沫充分浸潰分散液，隨后烘干除去溶劑，得到整體導(dǎo)電的導(dǎo)電泡沫。(4-2)將(4-1)中制備的導(dǎo)電泡沫浸潰于質(zhì)量百分比濃度為0.1%或0.5%的尼龍的甲酸溶液中或聚乙烯醇的水溶液中，充分浸潰，隨后去除溶劑后得到包含聚合物粘結(jié)劑的導(dǎo)電泡沫。實(shí)施例5:將密度為6kg/m3聚乙烯開孔泡沫或密度為7kg/m3的聚酰亞胺開孔泡沫，將室溫固化的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑各組分按配制比例溶于銀納米線在異丙醇的分散液中(銀納米線濃度為0.7mg/mL或5mg/mL)，質(zhì)量百分比濃度為1%,隨后將泡沫浸潰于分散液中，使泡沫充分浸潰分散液，隨后烘干除去溶劑，得到整體導(dǎo)電的導(dǎo)電泡沫。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電泡沫及其制備方法，其特征在于:導(dǎo)電泡沫至少包括泡沫基體和由金屬納米線形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，將泡沫基體浸潰于金屬納米線的分散液中，分散液濃度為0.5 20mg/mL，分散液充分浸潰和填充泡沫基體中開孔的泡孔，使導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)分布在泡沫基體中開孔的泡孔的表面或者泡孔的孔中；然后，去除分散溶劑后得到不含粘結(jié)劑的導(dǎo)電泡沫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電泡沫及其制備方法，其特征在于:所述的導(dǎo)電泡沫的組成還包含粘結(jié)固定金屬納米線用的聚合物粘結(jié)劑，將制備的不含粘結(jié)劑的導(dǎo)電泡沫浸潰于聚合物粘結(jié)劑的溶液中，聚合物粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比濃度為0.0l 5%，然后，去除溶劑后得到包含粘結(jié)劑的導(dǎo)電泡沫。
3.權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)電泡沫及其制備方法，其特征在于:所述的金屬納米線是銀納米線、銅納米線、鎳納米線中的一種或者幾種的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電泡沫及其相應(yīng)的制備方法。這種泡沫的至少包含了泡沫基體和分散在開孔的泡孔材料表面或者泡孔孔隙內(nèi)的金屬納米線形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，其制備特征為利用金屬納米線的分散液浸漬的方法，將金屬納米線材料附著于泡沫泡孔結(jié)構(gòu)上，在開孔泡沫的內(nèi)部和表面或閉孔泡沫的表面形成三維連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)泡沫材料的導(dǎo)電功能化。這種導(dǎo)電泡沫具有輕質(zhì)、高導(dǎo)電的特征，且制備方法簡單。
文檔編號(hào)H01B13/00GK103106950SQ20131000832
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者益小蘇, 郭妙才 申請(qǐng)人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院