CN113214431A - 本征导电弹性体及其制备方法和柔性器件 - Google Patents

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CN113214431A CN202110549370.0A CN202110549370A CN113214431A CN 113214431 A CN113214431 A CN 113214431A CN 202110549370 A CN202110549370 A CN 202110549370A CN 113214431 A CN113214431 A CN 113214431A
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明小庆
张长庚
张祺
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Abstract

本申请提供一种本征导电弹性体及其制备方法和柔性器件。本征导电弹性体，其结构式为：
Figure DDA0003074807430000011
其中，R1包括氢或者甲基，R2包括酯基或者亚苯基，R3为‑(CH2)m‑或者‑(CH2CH2O)n‑，m和n各自独立的为1‑8的正整数；X+为咪唑阳离子、吡啶阳离子、吡咯阳离子、哌啶阳离子、季铵阳离子或季鏻阳离子，Y‑为氯离子、溴离子、四氟硼酸离子、六氟磷酸离子或双三氟甲基磺酰亚胺阴离子中的任意一种。本征导电弹性体的制备方法：将包括功能离子液体单体、共聚单体、交联剂和引发剂在内的原料混合，反应得到本征导电弹性体。柔性器件，其原料包括本征导电弹性体。该本征导电弹性体具有高拉伸、高透明的特性和优异的稳定性能。

Description

本征导电弹性体及其制备方法和柔性器件
技术领域
本申请涉及材料领域，尤其涉及一种本征导电弹性体及其制备方法和柔性器件。
背景技术
近十多年来，柔性可拉伸电子器件的飞速发展促进了可拉伸导电材料的广泛研究。其中，导电弹性体由于其出色的拉伸性能、优越的透明性能和全固态特性等优点而受到广泛关注。导电弹性体可以用来制作柔性可拉伸的器件(包括传感器、驱动器、和电缆)以及其组件(如电极、电线等)。
当前，导电弹性体的制备主要是基于将导电填料复合到弹性体基体中，其中，导电填料有固态导电填料(包括金属、碳、导电高分子等)和液态导电填料(包括液态金属、液态电解质等)。然而，固态导电填料不可避免的牺牲了弹性体的拉伸性能和透明性能，而液态导电填料的复合方法复杂、存在泄漏等限制了其应用场景。
因此，开发出一种兼顾拉伸和透明性能、易制备的导电弹性体材料将极大拓宽其应用领域。
发明内容
本申请的目的在于提供一种本征导电弹性体及其制备方法和柔性器件，以解决上述问题。
为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
一种本征导电弹性体，其结构式为：
Figure BDA0003074807410000021
其中，R1包括氢或者甲基，R2包括酯基或者亚苯基，R3为-(CH2)m-或者-(CH2CH2O)n-，m和n各自独立的为1-8的正整数；
X+包括咪唑阳离子、吡啶阳离子、吡咯阳离子、哌啶阳离子、季铵阳离子或季鏻阳离子中的任一种，Y-包括氯离子、溴离子、四氟硼酸离子、六氟磷酸离子或双三氟甲基磺酰亚胺阴离子中的任意一种，优选的，Y-为双三氟甲基磺酰亚胺阴离子。
一种所述的本征导电弹性体的制备方法，包括：
将包括功能离子液体单体、共聚单体、交联剂和引发剂在内的原料混合，反应得到所述本征导电弹性体；
所述功能离子液体单体包括玻璃化转变温度小于等于30℃且含有C＝C双键的离子液体单体，所述共聚单体包括丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体、苯乙烯类单体和乙烯基类单体中的一种或多种。
优选地，所述功能离子液体单体包括咪唑类离子液体单体、吡啶类离子液体单体、吡咯类离子液体单体、哌啶类离子液体单体、季铵盐类离子液体单体和季鏻类离子液体单体中的一种或多种。
优选地，所述交联剂包括多官能度丙烯酸酯类交联剂、多官能度丙烯酰胺类交联剂、多官能度苯乙烯类交联剂、多官能度乙烯基类交联剂中的一种或多种；
优选地，所述多官能度丙烯酸类交联剂包括：聚(乙二醇)二丙烯酸酯、聚(乙二醇)二丙烯酸甲酯、1，3-丙二醇二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯和1，6-己二醇二丙烯酸酯中的一种或多种；
优选地，所述多官能度丙烯酰胺类交联剂包括亚甲基双丙烯酰胺；
优选地，所述多官能度苯乙烯类交联剂包括二乙烯基苯；
优选地，所述多官能度乙烯基类交联剂的包括二乙二醇二乙烯基醚。
优选地，所述引发剂包括光引发剂，所述光引发剂包括2，4，6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、2，4，6一三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗琳基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、4-二甲胺基-苯甲酸乙酯、1-羟基-环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、安息香双甲醚、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、4-氯二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮和2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种。
优选地，所述功能离子液体单体和所述共聚单体的质量比为1：(0.01-100)，所述交联剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.01wt％-10wt％，所述引发剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.01wt％-10wt％；
优选地，所述功能离子液体单体和所述共聚单体的质量比为1：(0.01-10)，所述交联剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.05wt％-1wt％，所述引发剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.05wt％-1wt％。
优选地，所述反应通过光引发，所述光引发的条件包括：
光源功率密度1mW/cm2-1000mW/cm2，波长200nm-450nm，时间0.01h-24h。
优选地，所述混合之后包括脱气处理，所述脱气处理在真空度为1kPa-20kPa条件下进行，时间为0.5min-30min；
所述反应之后还包括真空干燥；所述真空干燥的温度为20℃-100℃，真空度为0.1Pa-1000Pa，时间为18h-24h。
一种柔性器件，其原料包括所述的本征导电弹性体。
与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
本申请提供的本征导电弹性体，以C＝C双键作为弹性体基体的基础结构，通过将X+离子以共价键链接到弹性体基体上，而反离子Y-作为迁移电荷形成导电通路，使其具有高拉伸、高透明的特性和良好的电导率。该本征导电弹性体没有任何固体或者液体导电填料的添加，从而避免了机械性能、透光率等性能的降低，以及无液体泄漏或者吸收湿气的风险。作为均相体系，该本征导电弹性体有着优异的稳定性能，包括热稳定性、环境稳定性、电化学稳定性和电机械稳定性。
本申请提供的本征导电弹性体的制备方法，操作简单，可大规模工业化应用。
本申请提供的本征导电弹性体，可广泛用于柔性器件的制作中。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
图1为本申请提供的本征导电弹性体的原理示意图；
图2为实施例1提供的制备本征导电弹性体的工艺流程图；
图3为实施例1提供的本征导电弹性体示意图及其透光率曲线；
图4为以实施例1为基础、不同离子液体单体含量的本征导电弹性体的应力-应变曲线；
图5为以实施例1为基础、不同离子液体单体含量的本征导电弹性体的离子电导率曲线；
图6为对比例1得到的材料的离子电导率数据示意图；
图7为对比例2得到的材料的光学照片。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
一种本征导电弹性体，其结构式为：
Figure BDA0003074807410000061
其中，R1包括氢或者甲基，R2包括酯基或者亚苯基，R3为-(CH2)m-或者-(CH2CH2O)n-，m和n各自独立的为1-8的正整数；
X+为咪唑阳离子、吡啶阳离子、吡咯阳离子、哌啶阳离子、季铵阳离子或季鏻阳离子，Y-包括氯离子、溴离子、四氟硼酸离子、六氟磷酸离子或双三氟甲基磺酰亚胺阴离子中的任意一种，优选的，Y-为双三氟甲基磺酰亚胺阴离子。
一种所述的本征导电弹性体的制备方法，包括：
将包括功能离子液体单体、共聚单体、交联剂和引发剂在内的原料混合，反应得到所述本征导电弹性体；
所述功能离子液体单体包括玻璃化转变温度小于等于30℃且含有C＝C双键和双三氟甲基磺酰亚胺基团的离子液体单体，所述共聚单体包括丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体、苯乙烯类单体和乙烯基类单体中的一种或多种。
在一些可选的实施方式中，所述功能离子液体单体包括咪唑类离子液体单体、吡啶类离子液体单体、吡咯类离子液体单体、哌啶类离子液体单体、季铵盐类离子液体单体和季鏻类离子液体单体中的一种或多种；
在一些可选的实施方式中，所述咪唑类离子液体单体包括1-乙烯基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-(2-(丙烯酰氧基)-乙基)-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-(3-(丙烯酰氧基)-丙基)-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-(4-(丙烯酰氧基)-丁基)-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-(5-(丙烯酰氧基)-戊基)-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-(7-(丙烯酰氧基)-庚基)-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-(8-(丙烯酰氧基)-辛基)-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-(4-(丙烯酰氧基)-丁基)-3-乙基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-乙基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-(4-(丙烯酰氧基)-丁基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-(4-(丙烯酰氧基)-丁基)-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、1-(4-(丙烯酰氧基)-丁基)-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-(4-(丙烯酰氧基)-丁基)-3-乙基咪唑六氟磷酸盐、1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-乙基咪唑六氟磷酸盐、1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-甲基咪唑氯盐、1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-甲基咪唑溴盐、1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-甲基咪唑高氯酸盐、1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐和1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-甲基咪唑三氟乙酸盐中的一种或多种；
在一些可选的实施方式中，所述吡啶类离子液体单体包括N-烯丙基吡啶氯盐、N-烯丙基吡啶溴盐、N-烯丙基吡啶双三氟甲基磺酰亚胺盐、N-甲基-2-乙烯基吡啶氯盐和N-甲基-4-乙烯基吡啶氯盐中的一种或多种；
在一些可选的实施方式中，所述吡咯类离子液体包括N-烯丙基-N-甲基吡咯烷氯盐、N-烯丙基-N-甲基吡咯烷溴盐和N-烯丙基-N-甲基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺盐中的一种或多种；
在一些可选的实施方式中，所述哌啶类离子液体单体包括N-烯丙基-N-甲基哌啶氯盐、N-烯丙基-N-甲基哌啶溴盐和N-烯丙基-N-甲基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐中的一种或多种；
在一些可选的实施方式中，所述季胺盐类离子液体单体包括烯丙基三甲基铵氯盐、烯丙基三甲基铵溴盐、烯丙基三甲基铵双三氟甲磺酰亚胺盐、丙烯酰氧乙基三甲基铵氯盐、丙烯酰氧乙基三甲基铵溴盐、丙烯酰氧乙基三甲基铵双三氟甲磺酰亚胺盐、丙烯酰氧丁基三甲基铵氯盐、丙烯酰氧丁基三甲基铵溴盐和丙烯酰氧丁基三甲基铵双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或多种；
在一些可选的实施方式中，所述季鏻类离子液体单体包括4-乙烯基苄基三苯基膦氯盐、4-乙烯基苄基三苯基膦双三氟甲磺酰亚胺盐和4-乙烯基苄基三丁基膦双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或多种。
在一些可选的实施方式中，所述丙酸酯类单体包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸辛乙酯、甲基丙烯酸辛乙酯、聚乙二醇甲醚丙烯酸酯和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯中的一种或多种；
在一些可选的实施方式中，所述丙酸酰胺类单体包括丙烯酰胺和/或N，N-二甲基丙烯酰胺；
在一些可选的实施方式中，所述苯乙烯类单体包括苯乙烯和/或α-甲基苯乙烯；
在一些可选的实施方式中，所述乙烯基类单体包括醋酸乙烯酯和/或丙烯腈。
在一些可选的实施方式中，所述交联剂包括多官能度丙烯酸酯类交联剂、多官能度丙烯酰胺类交联剂、多官能度苯乙烯类交联剂、多官能度乙烯基类交联剂中的一种或多种；
在一些可选的实施方式中，所述多官能度丙烯酸类交联剂包括：聚(乙二醇)二丙烯酸酯、聚(乙二醇)二丙烯酸甲酯、1，3-丙二醇二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯和1，6-己二醇二丙烯酸酯中的一种或多种；
在一些可选的实施方式中，所述多官能度丙烯酰胺类交联剂包括亚甲基双丙烯酰胺；
在一些可选的实施方式中，所述多官能度苯乙烯类交联剂包括二乙烯基苯；
在一些可选的实施方式中，所述多官能度乙烯基类交联剂的包括二乙二醇二乙烯基醚。
在一些可选的实施方式中，所述引发剂包括光引发剂，所述光引发剂包括2，4，6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、2，4，6一三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗琳基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、4-二甲胺基-苯甲酸乙酯、1-羟基-环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、安息香双甲醚、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、4-氯二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮和2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种。
在一些可选的实施方式中，所述功能离子液体单体和所述共聚单体的质量比为1：(0.01-100)，所述交联剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.01wt％-10wt％，所述引发剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.01wt％-10wt％；
在一些可选的实施方式中，所述功能离子液体单体和所述共聚单体的质量比为1：(0.01-10)，所述交联剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.05wt％-1wt％，所述引发剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.05wt％-1wt％。
可选的，所述功能离子液体单体和所述共聚单体的质量比可以为1：0.01、1：0.1、1：1、1：10、1：50、1：100以及1：(0.01-100)之间的任一值，所述交联剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的比例可以为0.01wt％、0.05wt％、0.1wt％、0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％以及0.01wt％-10wt％之间的任一值，所述引发剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的比例可以为以及0.01wt％-10wt％之间的任一值。
在一些可选的实施方式中，所述反应通过光引发，所述光引发的条件包括：
光源功率密度1mW/cm2-1000mW/cm2，波长200nm-450nm，时间0.01h-24h。
可选的，所述光引发条件中，光源功率密度可以为1mW/cm2、10mW/cm2、100mW/cm2、500mW/cm2、1000mW/cm2以及1mW/cm2-1000mW/cm2之间的任一值，波长可以为200nm、300nm、400nm、450nm以及200nm-450nm之间的任一值，时间可以为0.01h、0.1h、1h、6h、12h、18h、24h以及0.01h-24h之间的任一值。
在一些可选的实施方式中，所述混合之后包括脱气处理，所述脱气处理在真空度为1kPa-20kPa条件下进行，时间为0.5min-30min；
所述反应之后还包括真空干燥；所述真空干燥的温度为20℃-100℃，真空度为0.1Pa-1000Pa，时间为18h-24h。
可选的，所述脱气处理的真空度可以为1kPa、5kPa、10kPa、15kPa、20kPa以及1kPa-20kPa之间的任一值，时间可以为0.5min、1min、5min、10min、20min、30min以及0.5min-30min之间的任一值；所述真空干燥的温度可以为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃以及20℃-100℃之间的任一值，真空度可以为0.1Pa、1Pa、10Pa、100Pa、500Pa、1000Pa以及0.1Pa-1000Pa之间的任一值，时间可以为18h、20h、22h、24h以及18h-24h之间的任一值。
一种柔性器件，其原料包括所述的本征导电弹性体。
下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
将0.5g离子液体单体1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐([EIC6A][TFSI])、0.5g共聚单体丙烯酸丁酯(BA)、1.4mg交联剂聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA，Mn＝575)和4.9mg光引发剂1-羟基-环己基苯基甲酮(光引发剂184)混合，充分搅拌均匀，形成前体液。将混合均匀的前体液放入真空箱体中，真空度0.1bar，脱气30s。将已脱气的前体液注入到已组装好的玻璃片-硅胶垫-玻璃片三明治腔体中(玻璃片涂覆有离型膜)，放入真空交联箱。将已注入前体液的模具置于紫外交联箱，功率密度为50mW/cm2，交联30min。待反应结束后，拆开玻璃模具，将本征导电弹性体取出。将所得离子导体置于真空干燥箱中，50℃下，真空脱气6h，脱除气味后得到本征导电弹性体，保存备用。
所得本征导电弹性体的原理示意图如图1所示，工艺流程图如图2所示。
将上述得到的本征导电弹性体进行表征，包括拉伸性能、透光率和电导率等。图3给出了实施例1中所制备的本征导电弹性体，显示具有良好的透明性(在550nm透光率高达96％)。图4给出了以实施例1为基础、不同离子液体单体含量(30wt％、50wt％、70wt％)制备得到的本征导电弹性体的应力-应变曲线，可以看出本征导电弹性体拉伸性能优越，最高可达1460％。图5给出了以实施例1为基础、不同离子液体单体含量制备得到的本征导电弹性体的离子电导率曲线，结果显示所制备的本征导电弹性体电导率高，可以适用于柔性电子器件领域中的不同应用。
实施例2
将0.5g离子液体单体N-乙烯基吡啶双三氟甲基磺酰亚胺盐(VPyTFSI)、0.5g共聚单体甲基丙烯酸丁酯(BMA)、1.4mg交联剂乙二醇二丙烯酸甲酯(EGDMA)和4.9mg光引发剂2，4，6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦混合，充分搅拌均匀，形成前体液。将混合均匀的前体液放入真空箱体中，真空度0.1bar，脱气30s。将已脱气的前体液注入到已组装好的玻璃片-硅胶垫-玻璃片三明治腔体中(玻璃片涂覆有离型膜)，放入真空交联箱。将已注入前体液的模具置于紫外交联箱，功率密度为50mW/cm2，交联30min。待反应结束后，拆开玻璃模具，将自修复本征导电离子导体取出。将所得离子导体置于真空干燥箱中，50℃下，真空脱气6h，脱除气味后得到本征导电弹性体，保存备用。
所得本征导电弹性体性能与实施例1相似。
实施例3
将0.5g离子液体单体N-烯丙基-N-甲基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺盐、0.5g共聚单体醋酸乙烯酯(VA)、1.4mg交联剂亚甲基双丙烯酰胺和4.9mg光引发剂2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗琳基-1-丙酮混合，充分搅拌均匀，形成前体液。将混合均匀的前体液放入真空箱体中，真空度0.1bar，脱气30s。将已脱气的前体液注入到已组装好的玻璃片-硅胶垫-玻璃片三明治腔体中(玻璃片涂覆有离型膜)，放入真空交联箱。将已注入前体液的模具置于紫外交联箱，功率密度为50mW/cm2，交联30min。待反应结束后，拆开玻璃模具，将本征导电弹性体取出。将所得离子导体置于真空干燥箱中，50℃下，真空脱气6h，脱除气味后得到本征导电弹性体，保存备用。
所得本征导电弹性体性能与实施例1相似。
实施例4
将0.5g离子液体单体N-烯丙基-N-甲基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐、0.5g共聚单体丙烯酸丁酯(BA)、1.4mg交联剂1，4-丁二醇二丙烯酸酯和4.9mg光引发剂4-苯基二苯甲酮混合，充分搅拌均匀，形成前体液。将混合均匀的前体液放入真空箱体中，真空度0.1bar，脱气30s。将已脱气的前体液注入到已组装好的玻璃片-硅胶垫-玻璃片三明治腔体中(玻璃片涂覆有离型膜)，放入真空交联箱。将已注入前体液的模具置于紫外交联箱，功率密度为50mW/cm2，交联30min。待反应结束后，拆开玻璃模具，将本征导电弹性体取出。将所得离子导体置于真空干燥箱中，50℃下，真空脱气6h，脱除气味后得到本征导电弹性体，保存备用。
所得本征导电弹性体性能与实施例1相似。
实施例5
将0.5g离子液体单体丙烯酰氧丁基三甲基铵双三氟甲磺酰亚胺盐、0.5g共聚单体丙烯酸丁酯(BA)、1.4mg交联剂二乙烯基苯和4.9mg光引发剂安息香双甲醚(光引发剂651)混合，充分搅拌均匀，形成前体液。将混合均匀的前体液放入真空箱体中，真空度0.1bar，脱气30s。将已脱气的前体液注入到已组装好的玻璃片-硅胶垫-玻璃片三明治腔体中(玻璃片涂覆有离型膜)，放入真空交联箱。将已注入前体液的模具置于紫外交联箱，功率密度为50mW/cm2，交联30min。待反应结束后，拆开玻璃模具，将本征导电弹性体取出。将所得离子导体置于真空干燥箱中，50℃下，真空脱气6h，脱除气味后得到本征导电弹性体，保存备用。
所得本征导电弹性体性能与实施例1相似。
实施例6
将0.5g离子液体单体1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EIC6A][BF4])、0.5g共聚单体甲基丙烯酸辛乙酯、2.4mg交联剂二乙二醇二乙烯基醚和5.9mg光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮混合，充分搅拌均匀，形成前体液。将混合均匀的前体液放入真空箱体中，真空度0.1bar，脱气30s。将已脱气的前体液注入到已组装好的玻璃片-硅胶垫-玻璃片三明治腔体中(玻璃片涂覆有离型膜)，放入真空交联箱。将已注入前体液的模具置于紫外交联箱，功率密度为50mW/cm2，交联30min。待反应结束后，拆开玻璃模具，将本征导电弹性体取出。将所得离子导体置于真空干燥箱中，50℃下，真空脱气6h，脱除气味后得到本征导电弹性体，保存备用。
所得本征导电弹性体性能与实施例1相似。
对比例1
将0.5g非离子液体单体丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐(SPAK)、0.5g共聚单体丙烯酸丁酯(BA)、1.4mg交联剂聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA,Mn＝575)和4.9mg光引发剂1-羟基-环己基苯基甲酮(光引发剂184)混合，充分搅拌均匀，形成前体液。将混合均匀的前体液放入真空箱体中，真空度0.1bar,脱气30s。将已脱气的前体液注入到已组装好的玻璃片-硅胶垫-玻璃片三明治腔体中(玻璃片涂覆有离型膜)，放入真空交联箱。将已注入前体液的模具置于紫外交联箱，功率密度为50mW/cm2,交联30min。待反应结束后，拆开玻璃模具，将对照材料I取出。将所得材料置于真空干燥箱中，50℃下，真空脱气6h,脱除气味后得到对照材料。
图6给出了对照材料I的离子电导率数据，结果显示其电导率极低(～10-9S/cm)，不属于导电弹性体。
对比例2
将0.5g离子液体单体1-(6-(丙烯酰氧基)-己基)-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐([EIC6A][TFSI])、共聚单体丙烯酸丁酯(BA)和4.9mg光引发剂1-羟基-环己基苯基甲酮(光引发剂184)混合，充分搅拌均匀，形成前体液。将混合均匀的前体液放入真空箱体中，真空度0.1bar，脱气30s。将已脱气的前体液注入到已组装好的玻璃片-硅胶垫-玻璃片三明治腔体中(玻璃片涂覆有离型膜)，放入真空交联箱。将已注入前体液的模具置于紫外交联箱，功率密度为50mW/cm2，交联30min。待反应结束后，拆开玻璃模具，取出对照材料II。将所得材料置于真空干燥箱中，50℃下，真空脱气6h。
图7给出了对照材料II的光学照片，结果显示其为黏流态，不具备弹性性能，不属于导电弹性体。
本申请提供了一种全新的本征导电弹性体，以实现导电弹性体的在拉伸性和透明性的兼顾，从而极大的拓展其应用领域。该本征导电弹性体采用光引发方法制备，操作简单方便，实用性强。离子液体单体和共聚单体，分别赋予材料优异的离子导电性能和拉伸性能，且这些性能可根据需要通过不同单体投料比、交联剂、引发剂等来调控。同时，本征导电弹性体因其高透明性可用于光学柔性电子器件领域的广泛领域。最后，作为全固态的单一聚合物，本征导电离子导体完全避免了水凝胶的易挥发、不耐高温等问题和离子凝胶的离子液体泄露问题，因此具有高稳定性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种本征导电弹性体，其特征在于，其结构式为：
Figure FDA0003074807400000011
其中，R1包括氢或者甲基，R2包括酯基或者亚苯基，R3为-(CH2)m-或者-(CH2CH2O)n-，m和n各自独立的为1-8的正整数；
X+包括咪唑阳离子、吡啶阳离子、吡咯阳离子、哌啶阳离子、季铵阳离子或季鏻阳离子中的任一种，Y-包括氯离子、溴离子、四氟硼酸离子、六氟磷酸离子或双三氟甲基磺酰亚胺阴离子中的任意一种，优选的，Y-为双三氟甲基磺酰亚胺阴离子。
2.一种权利要求1所述的本征导电弹性体的制备方法，其特征在于，包括：
将包括功能离子液体单体、共聚单体、交联剂和引发剂在内的原料混合，反应得到所述本征导电弹性体；
所述功能离子液体单体包括玻璃化转变温度小于等于30℃且含有C＝C双键的离子液体单体，所述共聚单体包括丙烯酸酯类单体、丙烯酰胺类单体、苯乙烯类单体和乙烯基类单体中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述功能离子液体单体包括咪唑类离子液体单体、吡啶类离子液体单体、吡咯类离子液体单体、哌啶类离子液体单体、季铵盐类离子液体单体和季鏻类离子液体单体中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂包括多官能度丙烯酸酯类交联剂、多官能度丙烯酰胺类交联剂、多官能度苯乙烯类交联剂、多官能度乙烯基类交联剂中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述多官能度丙烯酸类交联剂包括：聚(乙二醇)二丙烯酸酯、聚(乙二醇)二丙烯酸甲酯、1，3-丙二醇二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯和1，6-己二醇二丙烯酸酯中的一种或多种；
优选地，所述多官能度丙烯酰胺类交联剂包括亚甲基双丙烯酰胺；
优选地，所述多官能度苯乙烯类交联剂包括二乙烯基苯；
优选地，所述多官能度乙烯基类交联剂的包括二乙二醇二乙烯基醚。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括光引发剂，所述光引发剂包括2，4，6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、2，4，6一三甲基苯甲酰基膦酸乙酯、2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗琳基-1-丙酮、2-异丙基硫杂蒽酮、4-二甲胺基-苯甲酸乙酯、1-羟基-环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、安息香双甲醚、邻苯甲酰苯甲酸甲酯、4-氯二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮和2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述功能离子液体单体和所述共聚单体的质量比为1：(0.01-100)，所述交联剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.01wt％-10wt％，所述引发剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.01wt％-10wt％；
优选地，所述功能离子液体单体和所述共聚单体的质量比为1：(0.01-10)，所述交联剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.05wt％-1wt％，所述引发剂的用量占所述功能离子液体单体和所述共聚单体总质量的0.05wt％-1wt％。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述反应通过光引发，所述光引发条件包括：
光源功率密度1mW/cm2-1000mW/cm2，波长200nm-450nm，时间0.01h-24h。
9.根据权利要求2-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述混合之后包括脱气处理，所述脱气处理在真空度为1kPa-20kPa条件下进行，时间为0.5min-30min；
所述反应之后还包括真空干燥；所述真空干燥的温度为20℃-100℃，真空度为0.1Pa-1000Pa，时间为18h-24h。
10.一种柔性器件，其特征在于，其原料包括权利要求1所述的本征导电弹性体。
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