一種線性刺激-響應(yīng)型柔性多孔復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于功能復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種線性刺激

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種線性刺激
?
響應(yīng)型柔性多孔復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用


[0001]本專利技術(shù)屬于功能復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種可拉伸
、
可壓縮
、
可彎折的透氣型多功能型線性刺激
?
響應(yīng)型柔性多孔復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用
。

技術(shù)介紹

[0002]隨著柔性電子
、
物聯(lián)網(wǎng)與智能機(jī)器人等技術(shù)的飛速發(fā)展，柔性可拉伸應(yīng)變傳感材料的重要性逐漸體現(xiàn)出來，而且用戶對這類材料性能與功能的需求與日俱增
。
其根本需求是在實(shí)際應(yīng)用過程中簡單準(zhǔn)確地測量物體產(chǎn)生的應(yīng)變并進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，類似于人體皮膚發(fā)揮的功能作用
。
而且，此類應(yīng)用情景中物體的應(yīng)變范圍通常較寬，而且變化相對復(fù)雜
。
傳統(tǒng)電子材料由于傳感功能相對單一，通常無法滿足此類應(yīng)用情景，因此發(fā)展與服務(wù)對象具有良好共形性和貼合性
、
且電信號隨應(yīng)變線性響應(yīng)的柔性可拉伸電子材料
(
電子皮膚
)
顯得尤為重要
。
其中，為了滿足實(shí)際應(yīng)用過程中彈性透氣的性能需求，開發(fā)寬范圍內(nèi)兼具可拉伸
、
壓縮與彎曲功能，且電信號隨應(yīng)變線性快速響應(yīng)的多孔型聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料是重中之重
。
另外，對于柔性壓力傳感器而言，能準(zhǔn)確區(qū)分正負(fù)壓力也是實(shí)際應(yīng)用中重要的性能指標(biāo)之一，其在柔性仿生水下機(jī)器人和智能流體檢測泵應(yīng)用領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景
。
[0003]通常而言，將不同功能的傳感器以特定的方式集成在一種聚合物基底上，利用不同的電路設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)信號的區(qū)分，這是目前制備具有多種應(yīng)變感知功能的柔性應(yīng)變傳感材料的主要方法
。
雖然此方法十分簡便，但是無法實(shí)現(xiàn)材料與器件的小體積化
、
整體柔性穩(wěn)定化和低功率化集成，因此在實(shí)際應(yīng)用場合中依然面臨許多困難和挑戰(zhàn)
。
另外，作為類皮膚的多功能應(yīng)變傳感材料，多孔型聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料由于綜合物理力學(xué)性能與透氣性能優(yōu)異，在多功能應(yīng)變傳感器應(yīng)用方面優(yōu)勢更加明顯
。
目前制備多孔型聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料的方法主要有：在泡棉表面涂覆導(dǎo)電材料，或者是將導(dǎo)電復(fù)合材料
(
可以是漿料或者粉末混合物等形式
)
通過犧牲模板法
、
冷凍干燥
、3D
打印
、
發(fā)泡等技術(shù)來制備
。
但是，由此制備的多孔導(dǎo)電材料具有壓縮性能卻難以保證良好的可拉伸特性，而且電性能難以滿足在寬拉伸或者壓縮應(yīng)變范圍內(nèi)變化
。
為此，也有借助聚合物共混和刻蝕的方法來制備聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料，但是這種方法制備的復(fù)合材料通常難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬應(yīng)變范圍內(nèi)的可拉伸性與可壓縮性能
。
而且，孔骨架的穩(wěn)健性通常不足，導(dǎo)電納米材料與高分子材料之間的相互作用亦不夠強(qiáng)，導(dǎo)致其在機(jī)械形變過程中電信號隨應(yīng)變加載非線性變化，最終帶來實(shí)際應(yīng)用過程中信號處理復(fù)雜和零點(diǎn)難尋找的問題
。
目前，該問題嚴(yán)重制約柔性應(yīng)變傳感材料和柔性可拉伸電子皮膚的實(shí)際應(yīng)用，并且解決此類問題的方法十分有限
。
盡管使用不同的導(dǎo)電復(fù)合材料進(jìn)行復(fù)合制備強(qiáng)健的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，或者將不同阻值的電阻進(jìn)行周期性組合，可以在一定范圍內(nèi)抑制拉伸過程中導(dǎo)電通路的迅速破壞，但是難以兼顧寬工作范圍
、
高靈敏度和多種應(yīng)變傳感功能，而且加工方法復(fù)雜且無法做到規(guī)模化與結(jié)構(gòu)可定制化
。
此外，目前存在的柔性壓力傳感器還無法對正負(fù)壓力進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分，這一領(lǐng)域基本屬于空白
。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足與局限性，本專利技術(shù)提供一種在聚合物材料內(nèi)部構(gòu)建仿立交橋的電子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過水刻蝕去掉其中的水溶性聚合物相，獲得空間異質(zhì)型多孔聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料
。
所得多孔型聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料的骨架具有良好的力學(xué)性能
、
導(dǎo)電納米材料
?
聚合物界面穩(wěn)定性，整體表現(xiàn)為良好的
、
穩(wěn)定可控的線性電阻
?
機(jī)械應(yīng)變響應(yīng)特性；在較寬的應(yīng)變加載范圍內(nèi)具有良好的拉伸
、
壓縮和彎曲應(yīng)變傳感性能和信號線性度
。
同時(shí)，該壓力傳感材料還可以有效區(qū)分正負(fù)壓力
。
[0005]本專利技術(shù)的技術(shù)方案：
[0006]本專利技術(shù)要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種復(fù)合材料，所述復(fù)合材料的原料包括聚合物
1、
聚合物
2、
填料1和填料2，其中，所述聚合物1為熱塑性彈性體聚合物，所述聚合物2為水溶性熱塑性聚合物，填料1為零維填料
(
如球狀填料
)
，填料2為纖維；并且，聚合物2分散在聚合物1中并且兩者之間存在清晰的界面，填料1分布在聚合物1和聚合物2形成的界面處，填料2貫穿于聚合物2中，并且填料2的端部位于聚合物1和聚合物2的界面處
。
[0007]進(jìn)一步，所述聚合物1選自聚烯烴彈性體或熱塑性彈性體
。
[0008]更進(jìn)一步，所述聚合物1選自：乙烯
?
辛烯共聚物
(ORC
或者
OBC)、
乙烯
?
丁烯共聚物
(SBS
或
SEBS)、
熱塑性聚氨酯
(TPU)
或乙烯
?
醋酸乙烯酯共聚物
(EVA)
等
。
[0009]進(jìn)一步，所述聚合物2選自聚氧化乙烯
、
聚乙烯醇或聚丙烯酰胺等
。
[0010]優(yōu)選的，所述聚合物1為乙烯
?
辛烯共聚物或乙烯
?
醋酸乙烯酯共聚物，所述聚合物2為聚氧化乙烯
。
[0011]進(jìn)一步，所述填料1選自炭黑
、
碳量子點(diǎn)
、
金屬團(tuán)簇等導(dǎo)電填料或者二氧化硅
、
氧化鋁納米球
、
炭黑
、
碳點(diǎn)或者石墨烯量子點(diǎn)等
。
[0012]進(jìn)一步，所述填料2選自碳纖維
、
玻璃纖維
、
玄武巖纖維或耐熱型聚合物纖維等
。
[0013]優(yōu)選的，所述填料1為炭黑，所述填料2為碳纖維或玻璃纖維
。
[0014]本專利技術(shù)復(fù)合材料中，聚合物2以一定的尺寸分散在聚合物1中，二者之間存在較為清晰的界面；其中，球形的低維碳材料以顆粒或者一定尺寸的聚集體分散
/
分布在兩種合物的界面上，而纖維狀或者棒狀的碳材料則主要分散
/
分布于水溶性的聚合物2中；并且，可根據(jù)實(shí)際需要引入導(dǎo)電填料
、
導(dǎo)熱填料等，進(jìn)而制得具有立交橋狀三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空間異質(zhì)型導(dǎo)電復(fù)合材料或?qū)釓?fù)合材料
。
[0015]本專利技術(shù)要解決的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.
一種復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料的原料包括聚合物
1、
聚合物
2、
填料1和填料2，其中，所述聚合物1為熱塑性彈性體聚合物，所述聚合物2為水溶性熱塑性聚合物，填料1為零維填料，填料2為纖維；并且，聚合物2分散在聚合物1中并且兩者之間存在清晰的界面，填料1分布在聚合物1和聚合物2形成的界面處，填料2貫穿于聚合物2中，并且填料2的端部位于聚合物1和聚合物2的界面處
。2.
根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料，其特征在于，所述聚合物1選自聚烯烴彈性體或熱塑性彈性體；進(jìn)一步，所述聚合物1選自：乙烯
?
辛烯共聚物
、
乙烯
?
丁烯共聚物
、
熱塑性聚氨酯或乙烯
?
醋酸乙烯酯共聚物；進(jìn)一步，所述聚合物2選自聚氧化乙烯
、
聚乙烯醇或聚丙烯酰胺；優(yōu)選的，所述聚合物1為乙烯
?
辛烯共聚物或乙烯
?
醋酸乙烯酯共聚物，所述聚合物2為聚氧化乙烯
。3.
根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種復(fù)合材料，其特征在于，所述填料1選自炭黑
、
碳量子點(diǎn)
、
金屬團(tuán)簇
、
二氧化硅
、
氧化鋁納米球
、
碳點(diǎn)或者石墨烯量子點(diǎn)；進(jìn)一步，所述填料2選自碳纖維
、
玻璃纖維
、
玄武巖纖維或耐熱型聚合物纖維；優(yōu)選的，所述填料1為炭黑，所述填料2為碳纖維或玻璃纖維
。4.
權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的一種復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法為：先將聚合物2與填料1和填料2熔融共混制得共混物，然后在所得共混物中加入聚合物1進(jìn)一步熔融共混，最后進(jìn)行水刻蝕去掉聚合物2；即可制得所述復(fù)合材料
。5.
根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，聚合物1與聚合物2的質(zhì)量比控制在
2:3
～
3:2
；進(jìn)一步，聚合物1與填料
1、
填料2的質(zhì)量比為：聚合物
1 100
重量份，填料
11
～
10
重量份，填料
2 1
～
10
重量份
。6.
復(fù)合材料用作柔性導(dǎo)電材料
、
柔性應(yīng)變傳感材料
、
柔性可拉伸電極
、
柔性導(dǎo)熱材料或者熱界面材料，其中，所述復(fù)合材料為權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料，或利用權(quán)利要求4或5的方法制得的復(fù)合材料；進(jìn)一步，所述復(fù)合材料用作柔性應(yīng)變傳感材料，所述傳感材料為多響應(yīng)型材料，能夠同時(shí)檢測拉...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：柯凱，龔濤，國家興，劉正英，楊偉，
申請(專利權(quán))人：四川大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：