[發明專利]自復原復合材料及其應用

在審

• 申請號: 201380069839.4
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN104919626A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: C·K·迪;C·王;H·吳;Y·崔;Z·包
• 申請（專利權）人: 里蘭斯坦福初級大學理事會
• 主分類號: H01M4/00
• 分類號: H01M4/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張全信

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年11月9日提交的美國臨時申請序列號61/724,838的權益，其公開內容通過引用以其全部被并入本文。

關于聯邦政府資助的研究或開發的聲明

根據空軍科學研究辦公室授予的合同FA9550-12-1-0190，該發明由政府支持進行。政府擁有該發明的某些權利。

發明領域

本公開一般涉及自復原材料，以及更具體地涉及自復原復合材料以及這種復合材料的應用。

技術背景

當面臨生物系統中的機械破裂的困境時，自然界提供智能解決方案：自復原。諸如人類皮膚的柔軟生物材料當損傷時具有自愈合或自修復的能力。在傷口愈合后，皮膚能夠保持感測功能。機械損傷后的自愈合能力顯著地提高了生物材料的壽命。同樣地，盡管經受機械損傷，但合成的自復原聚合物將能夠修復其自身并且使功能復原。這種自復原聚合物將應用于范圍從功能表面、電導體、和電子皮膚的應用中以提供提高的壽命和耐久性。

針對該背景出現了開發本文描述的自復原聚合物和復合材料的需要。

發明內容

該公開的一個方面涉及電池電極。在一個實施方式中，電池電極包括電化學活性材料和覆蓋該電化學活性材料并且包括自復原聚合物的粘合劑。

該公開的另一方面涉及自復原復合材料。在一個實施方式中，自復原復合材料包括由通過可逆鍵交聯的分子形成的聚合基體和分散在該基體中的導電添加物。自復原復合材料具有至少1S/cm的電導率。

該公開的進一方面涉及壓阻傳感器。在一個實施方式中，壓阻傳感器包括自復原聚合物，該自復原聚合物包括由通過可逆鍵交聯的分子形成的基體，該可逆鍵具有4kJ/mol至100kJ/mol范圍內的鍵合強度。壓阻傳感器還包括以低于電滲流閥值的負載水平分散在自復原聚合物中的導電添加物。

也考慮該公開的其它方面和實施方式。前述發明內容和下面的詳細描述并非意欲將該公開限于任何具體的實施方式，而僅僅意欲描述該公開的一些實施方式。

附圖說明

為了更好地理解該公開的一些實施方式的本質和目標，應結合附隨的附圖參照下面的詳細描述。

圖1.締合基團和可逆鍵的實例，分子可以通過其相互作用以形成交聯的基體。

圖2.(A)、(B)、(C)和(D)：由分子形成的實例自復原復合材料的示意圖，該分子通過它們的締合基團相互作用形成交聯的基體。

圖3.包括自復原電極的電池的示意圖。

圖4.自復原電極的設計和結構。a，方案1：常規硅(Si)電極的設計和行為的示意性說明，顯示由于粒子和聚合物粘合劑中的裂化導致電接觸的損失的電極故障。方案2：可拉伸的自復原電極的設計和行為的示意性說明，顯示由于拉伸性和結合自復原化學，保持破壞的粒子之間的電接觸并且在聚合物粘合劑中沒有裂紋。b，自復原聚合物(SHP)的化學結構。線：聚合物主鏈；明暗方框：氫鍵合位點。

圖5.自復原復合材料的表征。a，SHP的差示掃描量熱(DSC)曲線，其顯示SHP的Tg為大約0℃，遠低于室溫。插圖，SHP的照片。b，使用具有復合SHP的電池供電的電路作為連接發光二極管(LED)至電池的導電路徑證明導電復合材料的電和機械自復原能力。c，SHP和其它傳統聚合物粘合劑的拉伸試驗，顯示SHP展示了比傳統聚合物粘合劑高得多的拉伸性。d，在不同應變下電阻(R)和初始電阻(R0)之間的比率，顯示SHP/碳黑(CB)復合材料在整個拉伸循環中保持是導電的。e，將SHP/CB復合材料涂覆至可充氣的氣球上以模擬在循環過程中硅粒子的體積變化。在球的充氣和放氣的重復循環期間監視其電導率的變化。SHP/CB涂層在整個膨脹/收縮過程中保持是導電的。比例尺：2cm。