一种碳纳米管基复合导电薄膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及可穿戴功能材料，具体涉及一种碳纳米管基复合导电薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，复合导电薄膜因其超高的柔韧性，轻量化和可穿戴的特点，已被广泛应用于柔性加热器、电磁屏蔽器件以及可穿戴电子设备等领域，因而备受研究者的关注。然而，大多数复合导电薄膜存在制备工艺复杂，功能单一等问题，难以满足电子设备小型化与多功能化的发展趋势。因此，多功能复合导电膜的开发已成为研究热点。碳纳米管凭借其优异的导电性、机械强度、柔韧性等诸多优势，已成为复合导电薄膜领域的有力竞争者。与其他材料相比，碳纳米管展现出更优的成本效益、更丰富的资源储量以及与先进工业需求的更好兼容性。但也仍有诸多问题亟待解决：单纯碳纳米管薄膜中管间交织处易产生过热焊接，影响器件寿命。目前，大多数导电薄膜的制备采用了多种导电材料复合的方法，以达到理想性能。但制备工艺复杂，且成本较高。

2、因此，需要研究一种多功能碳纳米管基复合导电薄膜的简便制备方法，既能保证较高的导电性和柔韧性，又能满足对薄膜机械性能、多功能化的要求，并提升复合薄膜的界面结合能力。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种碳纳米管基复合导电薄膜及其制备方法和应用，以解决现有技术中碳纳米管复合导电薄膜界面结合差、弯折服役稳定性不足导致的难以同时兼顾柔性加热、电磁屏蔽与应变传感多功能的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种碳纳米管基复合导电薄膜，所述导电薄膜为自支撑薄膜，该薄膜包括碳纳米管和氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒；

4、其中，所述氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒为核-壳结构；

5、其中，核为氧化铈，壳为聚多巴胺；所述聚多巴胺包覆氧化铈形成核-壳结构，且聚多巴胺锚定于碳纳米管表面，使所述氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒分散埋嵌于三维碳纳米管导电网络间隙，构建多重导电通路。

6、进一步地，所述氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒与碳纳米管的质量比为1:5。

7、进一步地，所述氧化铈为萤石晶体结构。

8、根据本发明的第二方面，提供了一种碳纳米管基复合导电薄膜的制备方法，用于上述的导电薄膜，具体包括以下步骤：

9、s1、将硝酸铈溶于去离子水，得硝酸铈水溶液；将硝酸铈水溶液与氢氧化钠溶液混合进行高温水热反应，得萤石结构氧化铈纳米颗粒；

10、s2、将萤石结构氧化铈纳米颗粒分散于ph8.5的tris-hcl缓冲液，并加入盐酸多巴胺以进行原位聚合反应，得氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒，以去离子水分散后得氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒分散液；

11、s3、将碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠混合后分散于去离子水中，经超声、离心和去离子水再分散，得碳纳米管分散液；

12、s4、将氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒分散液与碳纳米管分散液混合搅拌，使氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒借助聚多巴胺壳层与碳纳米管表面相互作用，搅拌结束后进行真空抽滤，使氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒嵌埋进入碳纳米管网络间隙，得碳纳米管基复合导电薄膜。

13、进一步地，步骤s1中所述的硝酸铈水溶液的浓度为0.153g/ml，所述氢氧化钠溶液的浓度为6m，所述硝酸铈水溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:3，所述高温水热反应的条件为160-180℃下反应12h。

14、进一步地，步骤s2中所述的萤石结构氧化铈纳米颗粒分散于tris-hcl缓冲液中的浓度为2mg/ml，所述盐酸多巴胺与萤石结构氧化铈纳米颗粒的质量比为1:2，所述原位聚合反应的条件为30-40℃下反应12h，所述氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒分散液的浓度为1mg/ml。

15、进一步地，步骤s3中所述的碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠的质量比为1:10，所述超声的条件为200w，40min，所述离心的条件为8000rpm离心20min，所述碳纳米管分散液的浓度为1mg/ml。

16、进一步地，步骤s4中所述的氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒分散液与碳纳米管分散液中氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒和碳纳米管的质量比为1:5。

17、根据本发明的第三方面，提供了一种碳纳米管基复合导电薄膜在制备柔性加热器、电磁屏蔽器件和应力传感器中的应用。

18、本发明具有如下优点：

19、1.本发明采用真空辅助抽滤工艺制备自支撑碳纳米管/氧化铈@聚多巴胺（cnt/ceo2@pda）复合薄膜，所得薄膜既保持高导电能力，同时具备优异的柔韧性与力学稳定性；制备流程简单可控，原料易得，成本较低。

20、2.聚多巴胺壳层一方面缓解氧化铈纳米颗粒的团聚现象，另一方面改善氧化铈与碳纳米管之间的异质界面相容性，增强两相界面结合力，避免复合薄膜在反复弯折过程中发生界面脱粘，提升了薄膜的弯折循环可靠性。

21、3.ceo2@pda核壳颗粒填充在碳纳米管网络孔隙中，可构建多重电子传输通路，优化薄膜内部电流分布，有利于延长器件服役寿命。本发明制备的复合薄膜可同时实现焦耳热加热、电磁屏蔽以及应变传感多种功能，在柔性可穿戴电子器件领域具有良好的应用前景。

1.一种碳纳米管基复合导电薄膜，其特征在于，所述导电薄膜为自支撑薄膜，该薄膜包括碳纳米管和氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒；

2.如权利要求1所述的导电薄膜，其特征在于，所述氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒与碳纳米管的质量比为1:5。

3.如权利要求1所述的导电薄膜，其特征在于，所述氧化铈为萤石晶体结构。

4.一种碳纳米管基复合导电薄膜的制备方法，用于制备权利要求1-3任一项所述的导电薄膜，其特征在于，具体包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述的硝酸铈水溶液的浓度为0.153g/ml，所述氢氧化钠溶液的浓度为6m，所述硝酸铈水溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1:3，所述高温水热反应的条件为160-180℃下反应12h。

6.如权利要求4所述的导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述的萤石结构氧化铈纳米颗粒分散于tris-hcl缓冲液中的浓度为2mg/ml，所述盐酸多巴胺与萤石结构氧化铈纳米颗粒的质量比为1:2，所述原位聚合反应的条件为30-40℃下反应12h，所述氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒分散液的浓度为1mg/ml。

7.如权利要求4所述的导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述的碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠的质量比为1:10，所述超声的条件为200w，40min，所述离心的条件为8000rpm离心20min，所述碳纳米管分散液的浓度为1mg/ml。

8.如权利要求4所述的导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s4中所述的氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒分散液与碳纳米管分散液中氧化铈-聚多巴胺纳米颗粒和碳纳米管的质量比为1:5。

9.根据权利要求1-3任一项所述的一种碳纳米管基复合导电薄膜在制备柔性加热器、电磁屏蔽器件和应力传感器中的应用。