CN107603188A

CN107603188A - 一种基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN107603188A
Application number: CN201710757211.3A
Authority: CN
Inventors: 罗洪盛; 周兴东; 王卓莹; 王华权; 周洹楷; 易国斌; 曾雄光
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2018-01-19

Abstract

本发明属于形状记忆高分子复合材料及导电材料领域，公开了一种基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料及其制备方法和应用。制备包括以下步骤：(1)将纳米银线溶解于乙醇，形成浓度为0.05‑5mg/ml的纳米银线溶液；将纳米银线溶液滴涂或者旋涂在基体材料的表面，烘干，构筑一层导电层；(2)将质量百分比0‑60％的自愈合材料聚己内酯和质量百分比40％‑100％的形状记忆材料聚氨酯溶解在N,N二甲基乙酰胺中，搅拌均匀，得到浓度为100–150mg/ml的混合溶液，然后将其滴涂或者旋涂到步骤(1)所得导电层上，再固化成膜，得到基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料。

Description

一种基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于形状记忆高分子复合材料及导电材料领域，特别涉及一种基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

材料对于人类的生产和生活起着极其重要的作用。科学技术的发展推动了人类社会的不断进步，与此同时，人们对于材料的要求越来越高，因此，各种新型材料应运而生，智能材料便是其中重要的一种，具有广泛的应用前景。作为新型材料的典型代表，智能材料开创了人类设计和利用材料的新时代。所谓智能材料即自身可以感知其所处的外界环境发生变化，并对该变化作出相应的瞬时主动反应的一类材料。简而言之，就是具有自我诊断、自我适应、自我修复等一系列特定功能的一种材料。常用的智能材料有自清洁及自修复材料，磁致伸缩材料，压电材料，形状记忆合金及形状记忆聚合物等。

其中，自愈合型的智能材料引起科研者广泛的关注。然而，绝大部分的自愈合的材料是通过添加聚己内酯而达到愈合的效果。愈合效果单一。且不可控。形状记忆聚氨酯辅助自愈合的材料已有报道。但效果不甚明显。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，针对传感的应用，本发明的首要目的在于提供一种基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料的制备方法；该方法是以形状记忆聚氨酯(SMPU)为基体，添加一定比例的聚己内酯，后通过转移法将其滴涂在纳米银线导电层固化成膜，大大地增加了材料的寿命和持久性。

本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料。

本发明的再一目的在于提供上述基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：

(1)将纳米银线溶解于乙醇，形成浓度为0.05mg/ml-5mg/ml的纳米银线溶液；将纳米银线溶液滴涂或者旋涂在基体材料的表面，烘干，构筑一层导电层；

(2)将质量百分比0-60％的自愈合材料和质量百分比40％-100％的形状记忆材料溶解在N,N二甲基乙酰胺中，搅拌均匀，得到浓度为100–150mg/ml的混合溶液，然后将其滴涂或者旋涂到步骤(1)所得导电层上，再固化成膜，得到基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料；所述自愈合材料为聚己内酯，形状记忆材料为聚氨酯；所述固化成膜的条件是在烘箱中以温度50-70℃加热6-12h，然后抽真空12-24h。

步骤(1)所述纳米银线的质量为0.8-5mg，纳米银线溶液滴涂在基体材料的表面上的面积为75×25mm²；步骤(2)所述自愈合材料和形状记忆材料的总质量为200-300mg。

步骤(1)所述基体材料是载破片或聚四氟乙烯。

一种由上述的制备方法制备而成的基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料。

上述的基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料在传感中的应用。

本发明基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料指的是一类层状的导电高分子复合结构，其中导电物质被嵌入到复合高分子基体表面中，其导电物质提供电子通路，复合高分子中聚己内酯提供自愈合的功能，形状记忆聚氨酯提供可拉伸回复的记忆功能以及基体材料。

自愈合指的是材料经受外部损伤的情况下，通过外部刺激能够自发地愈合表面裂纹，实现其结构和导电性能的修复。

增强型的实现方法是利用形状记忆的临时形变功能，将应变能量存储于高分子中。当室温下结构损伤时，温度触发形变回复，应变能释放，使自愈合性能发生较大地提升。

本发明复合材料增强型的机理是：室温下高分子链冻结，存储应变能；室温下损伤，使分子链发生滑移，导电网络被破坏。温度触发高分子结晶熔融，弹性回复力导致较大的裂纹表界面靠近。当导电网络密度较大时，裂纹界面靠近，时导电网络纤维重新接触。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

形状记忆聚氨酯是指一种具有初始形状，在一定外界条件作用下变形固定后，通过热、电、磁、光等外部刺激，能够回复其最初形状的聚合物。基于形状记忆聚氨酯的机理，本发明开发了一种具有特殊微观形貌且有一定柔性的自愈合柔性导电高分子复合材料，具体的是通过调节导电高分子形状，储存应变能量，在损伤后，升高温度触发形变回复，应变能释放，使自愈合性能发生较大地提升；其自愈合导电高分子制备方法较为简单，所得到的复合材料在形状记忆高分子的基础上，同时有导电且具有自愈合的功能；技术手段的使用同时增加其导电膜自愈合。

附图说明

图1柔性导电高分子愈合的示意图。

图2导电高分子的截面形貌。

图3不同拉伸比例导电愈合数据，其中a是拉伸比例为0％的曲线图，b是拉伸比例为10％的曲线图，c是拉伸比例为20％的曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

1.纳米银线溶于乙醇，搅拌均匀，形成浓度为0.05mg/ml-5mg/ml的纳米银线溶液，滴涂或者旋涂到基体上，自然烘干，构筑一层导电层，其银线质量为2.8mg；

2.将质量百分比40％的形状记忆聚氨酯与质量百分比60％的自愈合聚己内酯混合，总质量为200mg，搅拌0.5-6h，然后将其滴涂或者旋涂到步骤(1)所得导电层上，加热12小时，后真空12小时；其截面的形貌如图2所示。

3.裁剪一块长×宽×厚为30mm×4mm×0.05mm的膜，将裁剪的膜进行循环测试，测得其最大的拉伸比例(确保其自身循环过程导电性100％的回复)。本实施例导电高分子膜最大的拉伸为20％。

4.在上述3的基础上，将一块裁剪的导电膜，进行同样的预拉伸，拉伸比例为20％。后回复；接下来进行梯度的拉伸固定，在拉伸速度为2mm/min。拉伸比例为0％，划伤其表面。测得电流变为0A。将其加热修复，其操作流程如图1所示。测得愈合后的电流为原来的25％。如图3中a曲线。

实施例2

3.裁剪一块长×宽×厚为30mm×4mm×0.05mm的膜，将裁剪的膜进行循环测试，测得其最大的拉伸比例。本实施例导电高分子膜最大的拉伸为20％。

4.在上述3的基础上，将一块裁剪的导电膜，进行同样的预拉伸，拉伸比例为20％。后回复，接下来进行梯度的拉伸固定，在拉伸速度为2mm/min。拉伸比例为10％，划伤其表面。测得电流变为0A，将其加热修复，其操作流程如图1所示。测得愈合后的电流为原来的40％。如图3中b曲线。

实施例3

4.在上述3的基础上，将一块裁剪的导电膜，进行同样的预拉伸，拉伸比例为20％。后回复，接下来进行梯度的拉伸固定，在拉伸速度为2mm/min。拉伸比例为20％，划伤其表面。测得电流变为0A。将其加热修复，其操作流程如图1所示。测得愈合后的电流为原来的60％。如图3中c曲线。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述纳米银线的质量为0.8-5mg，纳米银线溶液滴涂在基体材料的表面上的面积为75×25mm²；步骤(2)所述自愈合材料和形状记忆材料的总质量为200-300mg。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述基体材料是载破片或聚四氟乙烯。

4.一种由权利要求1所述的制备方法制备而成的基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料。

5.根据权利要求4所述的基于形状记忆的增强型自愈合柔性导电高分子复合材料在传感中的应用。