CN109627769B - 一种基于液态金属的形变记忆复合材料及制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于液态金属的形变记忆复合材料及制备方法与应用，其中，制备方法包括步骤：将聚二甲基硅氧烷预聚物、固化剂以及液态金属混合均匀并加入到成型模具中；静置分层后加热固化，得到基于液态金属的形变记忆复合材料。本发明制备的复合材料能够记忆形变量，并且可以通过加热的方式加速形变的恢复让材料达到可重复利用的目的。

Description

一种基于液态金属的形变记忆复合材料及制备方法与应用
技术领域
本发明涉及形变记忆复合材料领域，尤其涉及一种基于液态金属的形变记忆复合材料及制备方法与应用。
背景技术
液态金属（LM）或低熔点合金（LMPA）在弹性体或流体载体介质中的二元混合物可以表现出电、热和机械性能的独特组合。这种新兴的多功能复合材料在可穿戴应用中有良好的前景，可被用于生物启发机器人和形状可编程架构。
混合液态金属与弹性体可提高材料的韧性，主要是通过各种技术实现在裂缝尖端的能量耗散。中等尺寸的应用，如颗粒填充复合材料；分子尺度的应用，包括混合双网络凝胶和聚合物。这些材料使用广泛，但极少可以重复使用，因为这类二元复合材料不存在记忆形变功能，在变形过程中受到应力产生一定的应变，而后却不能自恢复，导致材料的不可再次被利用。
因此，现有技术还有待改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于液态金属的形变记忆复合材料及制备方法与应用，旨在解决现有的基于液态金属的二元复合材料不具有记忆形变功能而不能重复使用的问题。
本发明的技术方案如下：
一种基于液态金属的形变记忆复合材料的制备方法，包括步骤：将聚二甲基硅氧烷预聚物、固化剂以及液态金属混合均匀并加入到成型模具中；静置分层后加热固化，得到基于液态金属的形变记忆复合材料。
所述的基于液态金属的形变记忆复合材料的制备方法，其中，所述聚二甲基硅氧烷预聚物与所述固化剂的质量比为（8-12）:1。
所述的基于液态金属的形变记忆复合材料的制备方法，其中，所述聚二甲基硅氧烷预聚物与所述液态金属的质量比为1:（1-3）。
所述的基于液态金属的形变记忆复合材料的制备方法，其中，所述加热固化的工艺参数为：65℃下加热3 h。
所述的基于液态金属的形变记忆复合材料的制备方法，其中，所述液态金属为汞、镓或镓基合金。
所述的基于液态金属的形变记忆复合材料的制备方法，其中，所述镓基合金为镓铟锡合金、镓铟共晶或镓锌合金。
一种基于液态金属的形变记忆复合材料，采用如上所述的制备方法制备而成。
一种如上所述的基于液态金属的形变记忆复合材料的应用，将其用于制作形变记忆传感器或温控开关。
有益效果：本发明提供了一种如上所述的基于液态金属的形变记忆复合材料的制备方法，本方法制备的复合材料，在发生变形并将温度降至液态金属熔点以下后，复合材料便由于上下层弹性模量的不同发生弯曲变形；而当温度上升至液态金属的熔点温度（例如镓金属只需要大于29.8℃）以上保持足够的时间，便可以自动恢复到原始状态，即能够记忆形变量；可以通过加热的方式加速形变的恢复，从而可以让材料达到可重复利用的目的。
附图说明
图1为本发明实施例1中的样品的微观结构表征图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于液态金属的形变记忆复合材料及制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种基于液态金属的形变记忆复合材料的制备方法的较佳实施例，包括步骤：
将聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚物、固化剂以及液态金属混合均匀并加入到成型模具中；优选的，所述聚二甲基硅氧烷预聚物与所述固化剂的质量比为（8-12）:1，所述聚二甲基硅氧烷预聚物与所述液态金属的质量比为1:（1-3）。所述液态金属可以是汞、镓或镓基合金，其中，所述镓基合金可以是镓铟锡合金、镓铟共晶或镓锌合金等。
静置分层后加热固化，优选的，在65℃下加热3 h。得到基于液态金属的形变记忆复合材料。
由于聚二甲基硅氧烷的密度小于液态金属，因此两者在混合后会形成分层结构的复合材料，上层为密度小的PDMS，液态金属含量非常低，下层为密度大的液态金属，PDMS含量非常低，上下层的弹性模量不一样。当复合材料发生变形并将温度降至液态金属熔点以下后，复合材料便由于上下层弹性模量的不同发生弯曲变形；而当温度上升至液态金属的熔点温度（例如镓金属只需要大于29.8℃）以上保持足够的时间，便可以自动恢复到原始状态，即能够记忆形变量；当然可以通过加热的方式加速形变的恢复。从而可以让材料达到可重复利用的目的。
本发明还提供了一种基于液态金属的形变记忆复合材料，采用如上所述的制备方法制备而成。
本发明还提供了一种如上所述的基于液态金属的形变记忆复合材料的应用，将其用于制作形变记忆传感器或温控开关。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂按照10：1的质量比混合，再加入镓金属，其中，聚二甲基硅氧烷预聚物与镓金属的质量比为1:2。利用搅拌器将混合物搅拌均匀，倒入PMMA模具中，静置至镓金属沉积到底部。将模具放置在65 ℃下加热3h，分层复合物固化完成，得到形变记忆复合材料。
对实施例1的样品进行结构表征与性能测试
图1为PDMS分层和镓金属分层以及复合材料截面的具体形貌，可以看出PDMS分层中不存在明显的镓金属颗粒，镓金属则均匀地分布在复合材料的下层。
将含羞草形状的复合材料的两侧进行拉伸40%，然后放入液氮蒸汽（-30 ℃）中冷冻，取出后，由于两层的弹性模量不一致，材料发生弯曲（从镓金属分层向PDMS层弯曲），然后在65℃下进行加热，随着温度上升，镓金属层重新被液化，镓金属分层弹性模量减小，复合材料重新恢复到原始状态。
综上所述，本发明提供了一种基于液态金属的形变记忆复合材料及制备方法与应用，本发明制备的基于液态金属的形变记忆复合材料能够记忆形变量，并且可以通过加热的方式加速形变的恢复让材料达到可重复利用的目的。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于液态金属的形变记忆复合材料的应用，其特征在于，将其用于制作形变记忆传感器或温控开关，所述基于液态金属的形变记忆复合材料的制备方法包括步骤：将聚二甲基硅氧烷预聚物、固化剂以及液态金属混合均匀并加入到成型模具中；静置分层后加热固化，得到基于液态金属的形变记忆复合材料；
所述聚二甲基硅氧烷预聚物与所述固化剂的质量比为(8-12):1；所述基于液态金属的形变记忆材料的上层为聚二甲基硅氧烷预聚物层，下层为液体金属层；所述聚二甲基硅氧烷预聚物与所述液态金属的质量比为1:(1-3)。
2.根据权利要求1所述的基于液态金属的形变记忆复合材料的应用，其特征在于，所述加热固化的工艺参数为：65℃下加热3h。
3.根据权利要求1所述的基于液态金属的形变记忆复合材料的应用，其特征在于，所述液态金属为汞、镓或镓基合金。
4.根据权利要求3所述的基于液态金属的形变记忆复合材料的应用，其特征在于，所述镓基合金为镓铟锡合金、镓铟共晶或镓锌合金。
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