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一種水性高導電塗層的製備方法其他功能材料、複合材料。

關鍵詞： 導電塗料、殼聚糖、水性塗料

應用領域

電磁屏蔽、可加熱織物、應變傳感

成果簡介

導電塗料主要由導電粒子（如金屬或碳基顆粒）和溶劑介質組成，可通過各種制膜方法，如噴塗、浸漬等方式負載在不同的基體上，可作為柔性電子和可穿戴電子器件的一種重要基礎原料，已被報道廣泛用於能量存儲、電磁屏蔽、焦耳加熱等領域。但傳統導電塗料通常以有機溶劑作為分散溶劑，不僅成本高、污染環境，而且殘留有機溶劑對人體傷害大。並且傳統導電塗料往往存在與基底結合力弱的問題，不能滿足在日常使用過程中對穩定性和耐久性等基本性能的要求，限制了其在很多領域的進一步應用。 我們利用生物可再生原料殼聚糖與二元酸在水中形成的生物基有機鹽溶液，與導電粒子，如碳納米管、銀納米線（AgNW）等複合製備了一系列超高電導率的水性導電塗料，為綠色製備高電導率、高耐久性導電複合塗層提供了一種通用方法。

這種導電塗料以水為溶劑溶解生物基原料殼聚糖、丁二酸，得到丁二酸-殼聚糖（SA-chitosan）生物質有機鹽，並將其作為導電塗料的聚合物前驅體，加入導電粒子AgNW充分攪拌分散後得到一系列電導率可控且均一穩定的水性導電塗料。在不同基材上（如聚酰亞胺薄膜或織物）通過滴塗、浸漬的方式得到導電膜/織物，烘乾後置於180 ℃的高溫環境中使得生物基有機鹽前驅體發生脫水交聯，得到高度交聯的聚合物網絡結構作為導電粒子的基體。這種方法製備得到的複合塗層顯示出高達1.4×104S/cm的超高電導率，並且由於導電粒子AgNW嵌入高度交聯的SA-chitosan聚合物基體中，可以隔絕導電粒子與外界環境的接觸從而減緩AgNW的氧化，經各種有機溶劑處理或保持在150°C的高溫後其電導率仍保持穩定，表現出非常優異的耐化學溶劑和耐高溫穩定性。另外聚合物基體還能增強與基底材料的粘附力，如在反覆剝離試驗後仍保持優異的電導率。高導電性和對各種基材的高附着力的優點使該導電複合塗料能夠用於製備具有電磁屏蔽、焦耳加熱等功能的多功能紡織品。厚度僅為 10 μm的 SA-chitosan/AgNWs塗層具有高達73.3 dB 電磁屏蔽 (EMI) 效能。基於這種導電塗料製備的導電織物，當導電粒子AgNW含量僅為0.30 vol%時，電磁屏蔽效能為27.7 dB，當AgNW負載量達到1.43 vol%時，織物的電磁屏蔽效能為37.80 dB，其性能遠超過商用電磁屏蔽產品的標準。

另一方面，該導電織物在低電壓驅動下可以產生焦耳熱從而使織物迅速發熱。在1.5 V的施加電壓下，織物在10 s內從室溫加熱至55℃。此外，導電織物可以通過切換施加的電壓實現反覆的加熱和冷卻功能，表現出優異的加熱循環穩定性，這為便攜式可加熱織物應用到可穿戴設備上提供了一種選擇。這種通過簡便、環境友好、可規模化生產的策略製備的導電塗料，在可穿戴和柔性電子產品的應用上具有廣闊的前景。

經濟效益與社會效益

製備的導電塗層材料在柔性電磁屏蔽織物、可加熱織物、應變傳感等方面具有潛在應用。