通過電泳形成的導(dǎo)電材料的制作方法
【專利摘要】披露一種形成導(dǎo)電復(fù)合物的方法，該方法包括下列步驟：提供第一介電材料和大量散布在所述第一介電材料中的第二導(dǎo)電材料；并施加電場通過結(jié)合的第一介電材料和第二導(dǎo)電材料中的至少一部分以使第二導(dǎo)電材料經(jīng)受電泳并沿所施加電場的方向形成通過導(dǎo)電復(fù)合物的至少一個導(dǎo)電路徑。
【專利說明】通過電泳形成的導(dǎo)電材料
[0001] 優(yōu)先權(quán)
[0002] 本申請要求2011年10月13日提交的S/N13/272, 527的美國專利申請的優(yōu)先權(quán)， 該優(yōu)先權(quán)文件全篇地援引包含于此。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 本發(fā)明總地涉及在各種各樣的應(yīng)用中使用的導(dǎo)電聚合和彈性材料，包括但不限于 導(dǎo)電粘合劑、導(dǎo)電墊圈和導(dǎo)電膜。
[0005] 例如導(dǎo)電壓敏粘合劑（PSA)的設(shè)計已很長時間地存在挑戰(zhàn)，至少因為粘合劑強度 和柔性大致隨著增加的導(dǎo)電性而減小。典型地使用（添加）來提供良好導(dǎo)電性的材料一般 是較低柔性的和抑制粘附的。一種制備導(dǎo)電涂層的傳統(tǒng)方式是用諸如石墨、銀、銅之類的導(dǎo) 電微粒填充聚合材料，然后涂覆、曬干和固化聚合物粘結(jié)劑（binder)。在這些情形下，導(dǎo)電 微粒處于如此這般濃度下：即當(dāng)微粒各自與至少一種其它的相鄰微粒物理接觸時形成有導(dǎo) 電網(wǎng)絡(luò)。如此，導(dǎo)電路徑是通過復(fù)合物提供的。
[0006] 然而，對于壓敏粘合劑來說，如果微粒濃度高得足以形成其中微粒-微粒接觸得 以維持的網(wǎng)絡(luò)，則PSA組分的聚合物（例如彈性體）幾乎沒有機會以高得足以流出從而 在襯底和電極之間形成表面-表面接觸（即起到粘合劑的作用）的濃度出現(xiàn)。相反，如果 PSA組分具有充分的濃度以對襯底作出充分的表面接觸，則會截斷相鄰的導(dǎo)電微粒以使微 粒-微粒接觸受到中斷。
[0007] 另一類型的導(dǎo)電PSA包括導(dǎo)電球形微粒，其直徑等于或大于PSA的厚度。以此方 式，可沿微粒的表面攜帶信號或電流，由此提供沿粘合劑的z維度各向異性的電流。然而， 可能危及粘合劑的連續(xù)性。
[0008] 諸如氯化鈉或氯化鉀之類的鹽當(dāng)處于水介質(zhì)中時容易溶解，并且它們的離子分裂 (分離成正離子和負離子）。分裂的離子可在隨后傳遞電流或信號。因為這個原因，很久以 來將鹽添加至水，然后將其添加至聚合和彈性材料，以提供良好的導(dǎo)電性。例如，美國專利 No. 6, 121，508披露了一種用于生物醫(yī)學(xué)電極的壓敏粘合劑水凝膠。該凝膠材料被披露為至 少包括水、氯化鉀和聚乙二醇，并被披露為導(dǎo)電的。美國專利No. 5, 800, 685也披露了一種 導(dǎo)電粘合劑水凝膠，該導(dǎo)電粘合劑水凝膠包括水、鹽、引發(fā)劑或催化劑以及交聯(lián)劑。然而，這 些水凝膠的使用一般也需要使用水凝膠一側(cè)（離開患者）的導(dǎo)電表面，該導(dǎo)電表面能夠接 受離子導(dǎo)電電荷，例如相對昂貴的銀/氯化銀。
[0009] 盡管這些水凝膠/粘合劑可能具有良好的導(dǎo)電特性，但是它們經(jīng)常僅具有一般的 粘合特性。另一負面因素是導(dǎo)電性隨著改變含水量（例如由汽化造成的改變）而改變，這 要求在使用前將水凝膠保持在密封環(huán)境中，并且由于汽化只能在隨后使用有限的時間段。 [0010] 美國專利No. 7, 651，638披露了一種對水不敏感的交流電響應(yīng)復(fù)合物，該復(fù)合物 包括聚合材料和大量散布在聚合材料中的極性材料（例如有機鹽）。選擇聚合材料和極性 材料，以使它們各自表現(xiàn)出相互吸引，這種相互吸引基本與對其本身的吸引相同。因此，極 性材料既不凝結(jié)到一起也不大量出現(xiàn)在聚合材料的表面，而是保持懸浮在聚合材料中。這 與其它場合中旨在大量出現(xiàn)在該表面的鹽的使用（以提供沿表面的導(dǎo)電層，例如用于靜電 放電）正相反。
[0011] 然而，美國專利No. 7, 651，638的復(fù)合物保持介電并具有高電阻，并且由于材料 的高電阻不適用于某些應(yīng)用，例如向人類主體提供電刺激（例如在去纖顫和/或經(jīng)皮電 神經(jīng)刺激等期間所需的）。盡管這些復(fù)合物可用來檢測來自患者的微量生物電信號，當(dāng) 患者經(jīng)歷去纖顫療程時由此可能出現(xiàn)問題，因為按照針對去纖顫過載恢復(fù)（D0R)的AAMI EC12-2000-4. 2. 2. 4,高電阻可能阻止電過載以足夠及時的方式消散。這種電荷消散的失敗 可能導(dǎo)致關(guān)于去纖顫療程是否已校正病況的不確定性以及是否因此需要將任何進一步的 電荷給予患者。
[0012] 美國專利No. 5, 082, 595披露一種導(dǎo)電壓敏粘合劑，該粘合劑包括碳微粒，并且該 導(dǎo)電粘合劑被披露為通過以以下這種方式將黑色填充物（碳）引入到壓敏粘合劑而制備 出：給予導(dǎo)電性但仍然具有足夠低的濃度以避免對粘合劑的物理性質(zhì)（例如粘性（tack)) 造成不利的影響。特別地，該專利宣稱，有機溶劑中碳黑的漿液是在缺乏用以保持碳黑可能 形成的結(jié)構(gòu)以及改善碳黑的加濕的高剪切情況下在溫和攪拌或攪動下形成的。然而，這種 復(fù)合物在某些場合下可能無法提供充分的粘性和導(dǎo)電性。這些結(jié)構(gòu)也可能無法被謹(jǐn)慎地配 置以僅在連續(xù)粘合劑中的特定位置形成導(dǎo)電點位。
[0013] 因此，仍然需要一種用作導(dǎo)電聚合材料的復(fù)合物，它提供導(dǎo)電性但不危及聚合材 料的要求特性。
[0014] 發(fā)明概沭
[0015] 根據(jù)一個實施例，本發(fā)明提供一種形成導(dǎo)電復(fù)合物的方法，所述方法包括下列步 驟：提供第一介電材料和大量散布在所述第一介電材料中的第二導(dǎo)電材料；并施加電場通 過結(jié)合的第一介電材料和第二導(dǎo)電材料中的至少一部分以使第二導(dǎo)電材料經(jīng)受電泳并沿 所施加電場的方向形成通過所述復(fù)合物的至少一個導(dǎo)電路徑。
[0016] 根據(jù)另一實施例，本發(fā)明提供一種導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料包括介電材料和在所述 介電材料中的導(dǎo)電微粒，其中導(dǎo)電微粒通過電泳被對準(zhǔn)以形成通過復(fù)合物的導(dǎo)電路徑。
[0017] 根據(jù)一些進一步的實施例，介電材料可以是壓敏粘合劑，導(dǎo)電微?？捎商挤邸⑻妓?片（flakes)、碳顆粒或碳納米管中的任意一個形成，并且導(dǎo)電微?？删哂性诖蠹s0.35g/cm 3 和大約1. 20g/cm3的范圍內(nèi)的密度。
[0018] 附圖簡沭
[0019] 通過參閱附圖將進一步理解下面的描述，在附圖中：
[0020] 圖1示出在電泳前根據(jù)本發(fā)明一實施例的復(fù)合物的解說性示意圖；
[0021] 圖2示出在足以在復(fù)合物中造成電泳的電場下圖1的復(fù)合物的解說性示意圖；
[0022] 圖3示出在已施加和撤去電場之后圖2的復(fù)合物的解說性示意圖；
[0023] 圖4示出用于從復(fù)合物的一側(cè)至復(fù)合物的另一側(cè)導(dǎo)電的圖3的復(fù)合物的解說性示 意圖；
[0024] 圖5A-5C示出在施加表現(xiàn)出電泳活動的直流（DC)過充電電場之后的連續(xù)瞬間圖 1的復(fù)合物的解說性示意圖；
[0025] 圖6A-6B示出在施加表現(xiàn)出電泳活動的交流（AC)過充電電場之后的連續(xù)瞬間圖 1的復(fù)合物的解說性示意圖；
[0026] 圖7和圖8示出形成在聚合材料中的導(dǎo)電路徑的解說性示意圖；
[0027] 圖9和圖10示出在不同放大倍數(shù)下本發(fā)明的復(fù)合物的解說性顯微鏡圖；以及
[0028] 圖11和圖12示出在電泳沿多個維度提供導(dǎo)電性之前和之后本發(fā)明又一實施例的 復(fù)合物的示意圖。
[0029] 附圖僅為解說目的給出并且不按照比例繪制。

【具體實施方式】
[0030] 申請人:已發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電材料可通過電泳來形成，藉此當(dāng)受到電場作用時，由于對準(zhǔn)電 場以形成通過復(fù)合物的導(dǎo)電路徑，介電材料（例如壓敏粘合劑）中的導(dǎo)電微粒（例如5%重 量的碳微粒）遷移。
[0031] 介電材料（例如聚合材料）和導(dǎo)電材料的要求包括,這些材料以使導(dǎo)電材料不大 量出現(xiàn)在粘結(jié)劑材料的表面的方式來相互作用。如果導(dǎo)電材料具有比介電材料更大的表面 能，則導(dǎo)電材料應(yīng)當(dāng)保持懸浮在介電材料中但在施加電場之前仍然無法達到充分的濃度以 提供通過材料的微粒-微粒導(dǎo)電性。
[0032] 圖1例如示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的復(fù)合物10,該復(fù)合物包括介電材料12和散 布在介電材料12中的導(dǎo)電微粒14。這可例如通過以下來達成：將導(dǎo)電材料（當(dāng)以汽化的 連續(xù)液相散布時）引入到液體聚合材料并隨后允許導(dǎo)電微粒的散布的液相汽化，從而使得 導(dǎo)電材料留在聚合材料中。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，聚合材料例如可以是丙烯酸粘合劑， 例如可以表示為：

【權(quán)利要求】
1. 一種形成導(dǎo)電復(fù)合物的方法，包括下列步驟： 提供第一介電材料和大量散布在所述第一介電材料中的第二導(dǎo)電材料；以及 施加電場通過結(jié)合的第一介電材料和第二導(dǎo)電材料的至少一部分，從而使所述第二導(dǎo) 電材料經(jīng)歷電泳并沿所述施加的電場的方向形成通過所述導(dǎo)電復(fù)合物的至少一個導(dǎo)電路 徑。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一介電材料包括聚合材料。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二導(dǎo)電材料包括由碳粉、碳碎片、碳 顆粒或碳納米管中的任何一個形成的微粒。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述碳是石墨形式的。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二導(dǎo)電材料包括密度在大約0. 35g/ cm3和大約1. 20g/cm3范圍內(nèi)的微粒。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電微粒具有在大約0. 5g/cm3和大約 1.0g/cm3范圍內(nèi)的密度。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二導(dǎo)電材料的表面能高于所述第一 介電材料的表面能。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電微粒在施加電場之前隨機地分布 在所述復(fù)合物中。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加電場通過結(jié)合的第一介電材料和 第二導(dǎo)電材料的至少一部分從而使所述第二導(dǎo)電材料經(jīng)歷電泳的步驟形成沿所述施加的 電場的方向通過所述導(dǎo)電復(fù)合物的多個獨立導(dǎo)電路徑。
10. -種導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料包括介電材料和在所述介電材料中的導(dǎo)電微粒，其中 所述導(dǎo)電微粒通過電泳被對準(zhǔn)以形成通過所述復(fù)合物的導(dǎo)電路徑。
11. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)電材料，其特征在于，所述介電材料包括聚合材料。
12. 如權(quán)利要求11所述的導(dǎo)電材料，其特征在于，所述介電材料包括壓敏粘合劑。
13. 如權(quán)利要求11所述的導(dǎo)電材料，其特征在于，所述導(dǎo)電微粒由碳粉、碳碎片、碳顆 粒或碳納米管中的任何一個形成。
14. 如權(quán)利要求13所述的導(dǎo)電材料，其特征在于，所述碳是石墨形式的。
15. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)電材料，其特征在于，所述導(dǎo)電微粒具有在大約0. 35g/cm3 和大約1. 20g/cm3范圍內(nèi)的密度。
16. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)電材料，其特征在于，所述導(dǎo)電微粒具有在大約0. 5g/cm3 和大約1. 〇g/cm3范圍內(nèi)的密度。
17. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)電材料，其特征在于，所述導(dǎo)電微粒的表面能高于所述介 電材料的表面能。
18. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)電材料，其特征在于，所述導(dǎo)電微粒在施加電場之前隨機 地分布在所述介電材料中。
19. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)電材料，其特征在于，所述材料包括由所述導(dǎo)電微粒形成 的多個導(dǎo)電路徑，其中所述多個導(dǎo)電路徑形成在結(jié)塊的大量交纏的導(dǎo)電微粒中。
20. 如權(quán)利要求10所述的導(dǎo)電材料，其特征在于，所述材料包括接觸電極的導(dǎo)電層，并 且所述導(dǎo)電層不包括銀/氯化銀。
【文檔編號】H01B1/24GK104094360SQ201280056619
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月13日
【發(fā)明者】K·伯納姆, R·斯科弗 申請人:弗萊康股份有限公司