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一种导电泡沫及其制备方法

阅读：263发布：2024-02-18

专利汇可以提供一种导电泡沫及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种导电泡沫及其相应的制备方法。这种泡沫的至少包含了泡沫基体和分散在开孔的泡孔材料表面或者泡孔孔隙内的金属纳米线形成的导电网络，其制备特征为利用金属纳米线的分散液浸渍的方法，将金属纳米线材料附着于泡沫泡孔结构上，在开孔泡沫的内部和表面或闭孔泡沫的表面形成三维连续的导电网络，从而实现泡沫材料的导电功能化。这种导电泡沫具有轻质、高导电的特征，且制备方法简单。，下面是一种导电泡沫及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种导电泡沫及其制备方法，其特征在于：导电泡沫至少包括泡沫基体和由金属纳米线形成的导电网络，将泡沫基体浸渍于金属纳米线的分散液中，分散液浓度为0.5～
20mg/mL，分散液充分浸渍和填充泡沫基体中开孔的泡孔，使导电网络分布在泡沫基体中开孔的泡孔的表面或者泡孔的孔中；然后，去除分散溶剂后得到不含粘结剂的导电泡沫。
2.根据权利要求1所述的一种导电泡沫及其制备方法，其特征在于：所述的导电泡沫的组成还包含粘结固定金属纳米线用的聚合物粘结剂，将制备的不含粘结剂的导电泡沫浸渍于聚合物粘结剂的溶液中，聚合物粘结剂的质量百分比浓度为0.01～5%，然后，去除溶剂后得到包含粘结剂的导电泡沫。
3.权利要求1所述的一种导电泡沫及其制备方法，其特征在于：所述的金属纳米线是银纳米线、铜纳米线、镍纳米线中的一种或者几种的混合物。

说明书全文

一种导电泡沫及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于功能复合材料的制备技术领域，涉及一种导电泡沫及其制备方法。背景技术

[0002] 导电高分子及复合材料在电子工业领域如电磁屏蔽、静电防护，航空领域如雷击防护，能源领域如电池、电缆，其它应用技术领域如传感器、光电转换器、医疗、微波通讯等都具有重要的应用。在航空航天应用上，材料的减重可以有效节省材料和能源消耗，在电子器件应用上，材料的减重也有利于减少材料消耗和电子产品轻便化。而减重的一个重要的方法就是使用轻质的泡沫材料，因此制备轻质的导电泡沫也是目前的研究热点之一。 [0003] 然而对于现有的泡沫制备方法，制备导电泡沫的过程由于导电材料本征的性质或者因为导电改性材料的引入，不可避免带来以下几方面的问题：泡沫制备工艺的改变和难度的加大、泡沫导电性不足、难以制备低密度的导电泡沫材料等。

[0004] 导电泡沫的制备方法可以为以下几类：a.利用本征导电的材料制备导电泡沫，如金属、导电聚合物。但由于本征导电的聚合物因为分子链的强共轭，具有高刚性，通常为不溶不熔，难以直接发泡制备聚合物导电泡沫；金属泡沫通常由模板浸渍并且烧结的方法制备，制备要求的条件较高，此外金属材料密度相对较大。b.掺杂导电填料随后发泡制备导电泡沫，这方面的研究最多，以掺杂包含碳系和金属系填料为主，但掺杂填料后同时带来发泡工艺上的困难，尤其对于为了达到材料高导电所需高掺杂量的情况；c.在泡沫体中吸附导电掺杂改性剂，如用碘蒸气、碘溶液进行掺杂改性等，利用导电聚合物单体吸附原位聚合等，这种方法也有缺点就是掺杂不均，难以应用于闭孔结构的泡沫，目前的利用导电聚合物浸渍和改性的掺杂方法也难以达到高的导电率（参考公开文献Sensors and Actuators,2005,119:398）。

[0005] 具有高长径比的导电组分可以在较低的填充量下达到渗流域值，形成导电网络，如碳纳米管、纳米碳纤维、碳纤维等作为填充材料尤其受到关注(参考公开文献Advanced Materials,2005,17:1999,专利WO2008/045109A2)，如上文所述，除了带来工艺改变和困难外，还有碳系材料的导电性不足，得到的导电泡沫电阻较大的问题，且需要达到一定掺杂量才能导电，因此带来的泡沫密度较大，如参考的公开文献Small，2007，3：408得到的导电3
泡沫密度要达到50kg/m 才能导电,还认为是至该文献发表时间为止密度最小的导电复-3
合材料,而且此时电导率仍低于10 S/m。对有机泡沫进行导电化改性，如CN1117174所述的蒸镀金属，如CN1740216所述的电镀方法，操作复杂且可能带来环境污染问题,并且对设备也有较高的要求。以银纳米线为代表的金属纳米线材料由于大长径比、低附载量高导电性，其研究不断升温，尤其在用于制备高透明电极材料和柔性电极材料上，可以在面密度低
2
于1g/m 的情况下表面电阻率低于10Ω/sq.，但目前尚未应用于制备导电泡沫上。发明内容

[0006] 本发明的目的：针对通常的导电填料及泡沫制备方法带来的工艺困难、导电性不足和泡沫密度高的缺点，结合金属纳米线材料在应用于薄膜等领域的低附载量高导电性的优点，本发明提出一种导电泡沫及其制备方法。

[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现：

[0008] 导电泡沫至少包括泡沫基体和由金属纳米线形成的导电网络，将泡沫基体浸渍于金属纳米线的分散液中，分散液浓度为0.5～20mg/mL，分散液充分浸渍和填充泡沫基体中开孔的泡孔，使导电网络分布在泡沫基体中开孔的泡孔的表面或者泡孔的孔中；然后，去除分散溶剂后得到不含粘结剂的导电泡沫。

[0009] 所述的导电泡沫的组成还包含粘结固定金属纳米线用的聚合物粘结剂，将制备的不含粘结剂的导电泡沫浸渍于聚合物粘结剂的溶液中，聚合物粘结剂的质量百分比浓度为0.01～5%，然后，去除溶剂后得到包含粘结剂的导电泡沫。

[0010] 此外,还可以在金属纳米线的分散液添加可溶于该分散液的粘结剂,将泡沫浸渍到此分散液并且干燥后,金属纳米线和粘结剂可以同时分散到泡孔壁上以及泡孔内部,从而得到包含粘结剂的导电泡沫。

[0011] 所述的金属纳米线是银纳米线、铜纳米线、镍纳米线中的一种或者几种的混合物。 [0012] 本发明的优点和特点是：

[0013] 本发明以非常简单的方法制备了一种导电泡沫。利用金属纳米线分散液浸渍的方法，将金属纳米线材料附着于泡沫的泡孔结构表面和泡孔内部，形成三维连续的导电网络，从而实现泡沫材料的导电功能化。首先本发明的方法制备导电泡沫不影响基体泡沫的发泡工艺过程，现有的制备泡沫的方法均无需改变，可以采用很低密度的泡沫和具有各种不同结构的泡沫，尤其适用于充分开孔的以纤维状连接的柔性泡沫；由于金属纳米线的大长径3
比和表面附载的特点，在很低附载量下(<3kg/m)泡沫即具有很高的导电性(>200S/m)；再次，对于开孔结构的泡沫，可以实现泡沫整体的导电，对于闭孔结构的泡沫，可以实现泡沫表面的导电。本发明设计并提供的导电泡沫及其制备方法，方法简单便捷，能够兼顾导电性、工艺可操作性，并能实现制备低密度高导电的泡沫。

具体实施方式

[0014] 下面通过实施例对本发明的设计和制备技术做进一步详细说明。 [0015] 实施例1：

[0016] 将密度为9kg/m3三聚氰胺泡沫（Baltek，BASF产品，为完全开孔泡沫）浸渍于银纳米线或铜纳米线在异丙醇或正己烷中的分散液中（浓度为1mg/mL或3mg/mL或5mg/mL），充分浸渍后取出，挤压泡沫去掉50%的分散液后，在烘箱中70℃烘干得到整体导电的导电泡沫。

[0017] 本实施例中制备的一种含银纳米线的导电泡沫，其密度为12.2kg/m3,含银量为3
2.2kg/m,电导率高于150S/m，具有整体高导电性，从密度和电导率均优于采用导电填料掺杂并发泡法制备的导电泡沫。

[0018] 实施例2：

[0019] 将密度为25kg/m3PMI泡沫（为闭孔泡沫）或20kg/m3的三聚氰胺泡沫（为闭孔泡沫，BASF产品）浸渍于银纳米线或镍纳米线在异丙醇或正己烷中的分散液中（浓度为5mg/mL或18mg/mL），充分浸渍后取出，在烘箱中70℃烘干得到表面导电的导电泡沫。

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