一种基于形状记忆的自修复型导电传感高分子材料的制作方法

文档序号：12094947阅读：487来源：国知局

本发明涉及形状记忆高分子复合材料及导电材料领域，具体涉及一种基于形状记忆的自修复型导电传感高分子材料以及该材料在导电传感方面的应用，如智能手机，便捷式的柔性的传感器等智能材料应用。

背景介绍

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

世界上最早的形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer，简称SMP)是法国的煤化(CDF-Chimie)公司1984年开发成功的聚降冰片烯,日本在1988年合成了形状记忆聚氨,其它形状记忆聚合物还有交联聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚己内酯、聚氟代烯烃和反式-1,4-聚异戊二烯等。与其他形状记忆聚合物相比,形状记忆聚氨酯(SMPU)具有耐候性强、抗震性好、重复形变效果好、光学折射性和透湿气性优良等特点,在工程建筑、服装、医疗卫生以及日常生活等方面的应用潜力巨大。形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer)即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。代表性文献有：Hayashi S等通过对SMPU与一般SMP的热力学分析(TMA)对比,发现其与一般SMP不同,SMPU在形状记忆温度上下膨胀系数之比可达5～10。利用此性质可以制备温度敏感器。例如可用于制造火灾报警器的连接装置,先制成连通时的形状,然后二次成型为断开时的形状；当火灾发生时,连接器自动恢复原形而使电路断开,报警器便开始工作。

自修复材料即是一种在物体受损时能够进行自我修复的新型材料。这种材料被注入到高分子聚合物内，当物体划伤时，注入的材料会在多重刺激下释放出来对受损的物体表面进行自动修复。常规的自修复机理包含微胶囊法，代表性文献有：伊利诺伊大学的White把微胶囊自修复基体应用到环氧树脂材料中，他把修复剂双环戊二烯(DCPD)包覆在脲醛树脂微胶囊中，又把催化剂分散在环氧树脂基体材料中，当基体材料发生损伤，导致微胶囊发生破裂，修复剂被释放到断裂面，与催化剂相遇发生聚合反应，从而修复断裂面；又比如利用热可逆的Diels-Alder反应，代表性的文献有：Chen等制备出了一种具有自修复能力的高度交联的聚合物复合材料，这种复合材料在120℃加热的条件下，其中的交联点断开，但是交联点在冷却后，又会重新闭合形成新的化学键，从而修复裂纹面。形状记忆的自修复是2011年美国的P.T

Mather提出的，近5年来，基于形状记忆的自修复获得了巨大的发展，被认为是第三代自修复体系。

基于形状记忆的自修复功能被不断深入研究，然而，还较少与柔性导电的传感高分子相结合。在可穿戴电子设备、柔性传感器件方面的资料。如近来，北京化工大学孙晓明教授、万鹏博副教授与新加坡南洋理工大学陈晓东教授、深圳大学张晗教授等合作，在所构筑的柔性、透明、自修复薄膜传感器等系列工作的基础上，全面系统地回顾了近年来基于半导体纳米材料、碳材料、导体聚合物等材料构建的柔性、透明气体传感器；系统总结了提升柔性、透明性、传感性能的策略，包括传感材料形貌的控制、材料的组装方式、薄膜的均匀沉积、基底的选择与优化等；提出了已有的柔性、透明传感器的不足，如有机挥发气体特异性快速检测难、实际应用时对环境变化敏感、便携可穿戴性及信号无线传输性能欠佳等；并展望了面向可穿戴设备的柔性、透明传感器的进一步发展方向，比如进一步实现和改进多种气体同时检测、传感的环境稳定性、便携可穿戴设备的多功能集成性、传感器的微型化和传感信号向Ipad、手机、Watch类等设备的无线传输集成性等。这将为未来柔性、透明、可穿戴气体传感器的发展提供新的研究思路和理论依据。

本文中提到的柔性材料，同时包含了形状记忆的自修复智能属性和导电纳米高分子的应变依赖(strain-dependent)性能，最终获得具有新型的多功能传感高分子。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于形状记忆的自修复型导电传感高分子材料及其制备方法。

本发明具体方法如下：

一种基于形状记忆的自修复型导电传感高分子材料，包括以下质量百分数的原料制备而成：

1.导电材料，用量为0.5％-1.5％。

2.自修复材料，用量为35％-45％。

3.形状记忆材料，用量为53.5％-64.5％。

上述基于形状记忆的自修复型导电传感高分子材料的制备方法，包括如下步骤：

1.将导电材料溶解于溶剂A中，搅拌并超声一段时间。将其滴涂在基体上，烘干得到导电膜或烘干后放入马弗炉中200℃下24h得到导电膜。

2.将自修复材料溶解于溶剂B中。加热搅拌并超声一段时间，使溶液均匀。

3.将形状记忆材料溶解于溶剂C中。加热搅拌并超声一段时间，使溶液均匀。

4.将自修复材料溶液和形状记忆材料溶液以不同的比例共混并超声均匀。滴涂或旋涂在上述步骤1的导电膜上。再放置在真空干燥箱中先在70-80℃下加热一段时间，后抽真空24h得到复合膜，即基于形状记忆的自修复型导电传感高分子材料。

所述的导电材料为银纳米线，碳纳米管，氧化石墨烯，纳米银颗粒等，所用的溶剂A包括但不限于乙醇，水等；所述的自修复材料为聚已内酯(PCL)。

而形状记忆材料包括但不限于弹性环氧高分子、形状记忆聚氨酯(SMPU)或者弹性的硅氧烷高分子，所用到溶剂B和C是N,N-二甲基乙酰胺，N,N二甲基甲酰胺，四氢呋喃等。

所述基体是聚四氟乙烯，载玻片等。上述自修复材料溶液和形状记忆材料溶液的混合比例为2-8:10。

上述自修复的导电柔性多功能材料损伤修复方法：保持材料60-100℃范围或者电触发，近红外等方式，在1-20min后即可修复。

与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

本发明制备了一种基于形状记忆的自修复型导电传感高分子材料，其制备方法较为简单，所得到的复合材料在形状记忆性能的基础上，同时有导电及一定的自修复性能，这种导电及自修复极大提高智能材料方面应用和使用寿命的增长和增加在传感方面的利用。同时特殊形貌增加了力学性能。

附图说明

图1复合材料的制备示意图

图2导电层/SMPU/PCL复合材料的表面结构

其中(a)为复合材料的表面，(b)为复合材料的截面

图3导电层/SMPU/PCL复合材料的自修复性能

其中(a)为划伤的复合材料(b)为自修复的复合材料

具体实施方式

为了使本发明的技术手段，创作特征，达成目的与功效易于明白，下面通过具体的实施例对本发明进行进一步的详细说明。有必要指出一下的实施例是本发明的保护范围。

实施例1

1.将银纳米线0.8-1.2mg溶解于乙醇溶液中，搅拌并超声10-20s。将其滴涂在基体上。并烘干得到导电膜。

2.自修复材料PCL溶解于N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中配置成浓度为100mg/ml。加热搅拌并超声一段时间，使溶液均匀。