CN105385111A - 指纹识别驱动的形状记忆复合材料及其制备方法 - Google Patents

指纹识别驱动的形状记忆复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

指纹识别驱动的形状记忆复合材料及其制备方法，它涉及一种复合材料及其制备方法。本发明为了解决现有技术的形状记忆材料没有加密功能的技术问题，指纹识别驱动的形状记忆复合材料由指纹芯片和颗粒填充形状记忆复合材料组成，制备方法：一、将所需识别的指纹录入到指纹芯片中；二、将指纹芯片及两片电极置于模具中，两片电极连接到指纹芯片两端，将混合均匀的颗粒填充形状记忆复合材料倒入模具中，并露出指纹芯片的上表面，在80～150℃固化8～24小时，即得指纹识别驱动的形状记忆复合材料；本发明的指纹识别驱动，能够赋予形状记忆聚合物复合材料生物识别的功能，从而实现形状记忆聚合物复合材料驱动器的加密保护等功能。

Description

指纹识别驱动的形状记忆复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法。
背景技术
作为智能材料的一个分支，形状记忆聚合物能够在外界的激励下从临时形状回复到原始形状。常用的外界激励方法有升温、通电流、交变磁场、特定波长的光照、湿度变化等等。以热驱动为例，形状记忆聚合物合成之后形成的原始性状，加热到玻璃化转变温度以上，施加外力使其变形，保持变形的过程中降温，移除外力时即赋予了形状记忆聚合物可以长期保持的临时形状，再次加热至玻璃化转变温度以上时，形状记忆聚合物能够恢复到原始性状。
相比于其他的形状记忆材料，如形状记忆合金，形状记忆聚合物具有易操作，成本低，质量轻，变形量大和可塑性大等特点。基于上述的优点，形状记忆聚合物及其复合材料有众多的应用。在航空航天领域，形状记忆聚合物可以用于空间环境评估，作为空间展开结构如铰链、天线、探月车的车轮等的部件。在医学领域，也可用作手术缝合线、血管支架和绷带等。广泛的应用前景增加了对形状记忆聚合物驱动方法的要求，而不同的驱动方式则能够提供更广阔的应用空间。
为了实现多种驱动方式，通常将形状记忆聚合物与填充材料混合，合成形状记忆复合材料，并通过对于填充材料的控制而达到各种驱动方法，例如，向聚合物基体中添加导电材料形成原始性状之后，通入电流后，焦耳热会使材料温度达到玻璃化转变温度，施加外力赋予其临时形状后降温使得形状保存下来，再次通入电流加热到玻璃化转变温度以上，形状记忆复合材料即回复原始性状。但是现有技术的形状记忆材料没有加密功能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的形状记忆材料没有加密功能的技术问题，提供了一种指纹识别驱动的形状记忆复合材料及其制备方法。
指纹识别驱动的形状记忆复合材料由指纹芯片和颗粒填充形状记忆复合材料组成，所述颗粒填充形状记忆复合材料由环氧树脂系列形状记忆聚合物与填充材料组成，环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的60～99.5％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的0.5％～40％；
所述环氧树脂系列形状记忆聚合物制备方法：将双酚A型环氧树脂E-51、对’一二氨基一二苯一甲烷(DDM)和间苯二胺(m-PDA)混合；
其中双酚A型环氧树脂E-51占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的25％～30％，间苯二胺(m-PDA)占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的14～16％；
其中将双酚A型环氧树脂E-51购买于山东凤凰化工材料公司，固化剂对’一二氨基一二苯一甲烷以及间苯二胺购买于北京百灵威公司；
所述填充材料为碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑和镍粉中的一种或几种的混合。
指纹识别驱动的形状记忆复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、将所需识别的指纹录入到指纹芯片中；
二、将颗粒填充形状记忆复合材料机械搅拌混合均匀，然后将指纹芯片及两片电极置于模具中，两片电极连接到指纹芯片两端，将混合均匀的颗粒填充形状记忆复合材料倒入模具中，并露出指纹芯片的上表面，在80～150℃固化8～24小时，即得指纹识别驱动的形状记忆复合材料；
步骤二中所述颗粒填充形状记忆复合材料由环氧树脂系列形状记忆聚合物与填充材料组成，环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的60～99.5％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的0.5％～40％；
所述环氧树脂系列形状记忆聚合物制备方法：将双酚A型环氧树脂E-51、对’一二氨基一二苯一甲烷(DDM)和间苯二胺(m-PDA)混合；
其中双酚A型环氧树脂E-51占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的25％～30％，间苯二胺(m-PDA)占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的14～16％；
其中将双酚A型环氧树脂E-51购买于山东凤凰化工材料公司，固化剂对’一二氨基一二苯一甲烷以及间苯二胺购买于北京百灵威公司；
所述填充材料为碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑和镍粉中的一种或几种的混合。
本发明的指纹识别驱动，能够赋予形状记忆聚合物复合材料生物识别的功能，从而实现形状记忆聚合物复合材料驱动器的加密保护等功能。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式指纹识别驱动的形状记忆复合材料由指纹芯片和颗粒填充形状记忆复合材料组成，所述颗粒填充形状记忆复合材料由环氧树脂系列形状记忆聚合物与填充材料组成，环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的60～99.5％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的0.5％～40％；
所述环氧树脂系列形状记忆聚合物制备方法：将双酚A型环氧树脂E-51、对’一二氨基一二苯一甲烷(DDM)和间苯二胺(m-PDA)混合；
其中双酚A型环氧树脂E-51占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的25％～30％，间苯二胺(m-PDA)占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的14～16％；
其中将双酚A型环氧树脂E-51购买于山东凤凰化工材料公司，固化剂对’一二氨基一二苯一甲烷以及间苯二胺购买于北京百灵威公司；
所述填充材料为碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑和镍粉中的一种或几种的混合。
本实施方式中所述的填充材料为混合物时，各成分间为任意比。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的90～99.5％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的0.5％～10％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的80～90％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的10％～20％。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的70～80％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的20％～30％。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的60～70％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的30％～40％。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：具体实施方式一所述指纹识别驱动的形状记忆复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、将所需识别的指纹录入到指纹芯片中；
二、将颗粒填充形状记忆复合材料机械搅拌混合均匀，然后将指纹芯片及两片电极置于模具中，两片电极连接到指纹芯片两端，将混合均匀的颗粒填充形状记忆复合材料倒入模具中，并露出指纹芯片的上表面，在80～150℃固化8～24小时，即得指纹识别驱动的形状记忆复合材料；
步骤二中所述所述颗粒填充形状记忆复合材料由环氧树脂系列形状记忆聚合物与填充材料组成，环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的60～99.5％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的0.5％～40％；
所述环氧树脂系列形状记忆聚合物制备方法：在100℃的水浴加热、150r/min转速的条件下将双酚A型环氧树脂E-51、对’一二氨基一二苯一甲烷(DDM)和间苯二胺(m-PDA)混合；
其中双酚A型环氧树脂E-51占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的25％～30％，间苯二胺(m-PDA)占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的14～16％；
其中将双酚A型环氧树脂E-51购买于山东凤凰化工材料公司，固化剂对’一二氨基一二苯一甲烷以及间苯二胺购买于北京百灵威公司；
所述填充材料为碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑和镍粉中的一种或几种的混合。
本实施方式中所述的填充材料为混合物时，各成分间为任意比。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的90～99.5％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的0.5％～10％。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的80～90％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的10％～20％。其它与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是步骤二中在100～140℃固化18～20小时。其它与具体实施方式六至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是步骤二中在130℃固化19小时。其它与具体实施方式六至九之一相同。
采用下述实验验证本发明效果：
实验一：
称取100g双酚A型环氧树脂E-51于烧杯中，并置于已预热至100℃的水浴加热搅拌仪以150r/min的转速搅拌，将9g固化剂DDM和4gm-PDA分次逐量加入盛有环氧树脂的烧杯中，调整转速至260r/mln；再将4g炭黑加入盛有环氧树脂的烧杯中；搅拌20min，至均匀无气泡为止，得到颗粒填充形状记忆复合材料；
将脱模布均匀贴在所用模具内壁上，将指纹芯片及两片电极置于模具中，两片电极位于模具两端，将混合均匀的颗粒填充形状记忆复合材料倒入模具中，并露出指纹芯片的上表面，模具置于烘箱预热，温度设置为80℃；
将搅拌均匀的颗粒填充形状记忆复合材料注入模具，放入真空烘箱后抽真空，并在80℃下固化6.0小时，再升温至150℃固化6.0小时。
固化完成后，将模具移除得到形状记忆复合材料的原始性状。将形状记忆聚合物加热到100℃，施加外力将材料固定到一个临时形状。
在保持形变的情况下降温，形状固定后撤除外力，即得到临时形状。
将装置接入电流，实验人员将手指按在指纹识别位置处，当指纹与芯片内录入的一致时，形状记忆复合材料将恢复原始形状。

Claims (10)

1.指纹识别驱动的形状记忆复合材料，其特征在于指纹识别驱动的形状记忆复合材料由指纹芯片和颗粒填充形状记忆复合材料组成，所述颗粒填充形状记忆复合材料由环氧树脂系列形状记忆聚合物与填充材料组成，环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的60～99.5％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的0.5％～40％；
所述环氧树脂系列形状记忆聚合物制备方法：将双酚A型环氧树脂E-51、对’一二氨基一二苯一甲烷和间苯二胺混合；
其中双酚A型环氧树脂E-51占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的25％～30％，间苯二胺占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的14～16％；
所述填充材料为碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑和镍粉中的一种或几种的混合。
2.根据权利要求1所述指纹识别驱动的形状记忆复合材料，其特征在于环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的90～99.5％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的0.5％～10％。
3.根据权利要求1所述指纹识别驱动的形状记忆复合材料，其特征在于环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的80～90％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的10％～20％。
4.根据权利要求1所述指纹识别驱动的形状记忆复合材料，其特征在于环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的70～80％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的20％～30％。
5.根据权利要求1所述指纹识别驱动的形状记忆复合材料，其特征在于环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的60～70％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的30％～40％。
6.权利要求1所述指纹识别驱动的形状记忆复合材料的制备方法，其特征在于指纹识别驱动的形状记忆复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、将所需识别的指纹录入到指纹芯片中；
二、将颗粒填充形状记忆复合材料机械搅拌混合均匀，然后将指纹芯片及两片电极置于模具中，两片电极连接到指纹芯片两端，将混合均匀的颗粒填充形状记忆复合材料倒入模具中，并露出指纹芯片的上表面，在80～150℃固化8～24小时，即得指纹识别驱动的形状记忆复合材料；
步骤二中所述所述颗粒填充形状记忆复合材料由环氧树脂系列形状记忆聚合物与填充材料组成，环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的60～99.5％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的0.5％～40％；
所述环氧树脂系列形状记忆聚合物的制备方法为：
所述环氧树脂系列形状记忆聚合物制备方法：将双酚A型环氧树脂E-51、对’一二氨基一二苯一甲烷和间苯二胺混合；
其中双酚A型环氧树脂E-51占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的25％～30％，间苯二胺占环氧树脂系列形状记忆聚合物质量的14～16％；
所述填充材料为碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑和镍粉中的一种或几种的混合。
7.根据权利要求6所述指纹识别驱动的形状记忆复合材料的制备方法，其特征在于环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的90～99.5％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的0.5％～10％。
8.根据权利要求6所述指纹识别驱动的形状记忆复合材料的制备方法，其特征在于环氧树脂系列形状记忆聚合物占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的80～90％，填充材料占颗粒填充形状记忆复合材料总质量的10％～20％。
9.根据权利要求6所述指纹识别驱动的形状记忆复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中在100～140℃固化18～20小时。
10.根据权利要求6所述指纹识别驱动的形状记忆复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中在130℃固化19小时。
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