[發明專利]多壁碳納米管共價鍵增強自修復聚合物導電材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810095247.4
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108164901A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 劉利彬;張強;潘晨光
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C08L33/10
• 分類號: C08L33/10;C08K9/04;C08K7/24;C08F220/18
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

本發明公開了一種多壁碳納米管共價鍵增強自修復聚合物導電材料及其制備方法，屬于新材料領域。本發明通過甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯和十一烯醇改性的多壁碳納米管的無規共聚，制備了一系列自修復聚合物導電體。多壁碳納米管與聚合物之間的共價結合避免了多壁碳納米管在聚合物基體中的聚集和不均勻分散。所得聚合物導電體具有較高的導電性(約11 S m^?1)、較高力學性能(楊氏模量：10 MPa、拉伸強度：0.89 MPa)以及較高的機械和電自修復效率(>94%的機械強度和>98%的電導率)。更重要的是，復合材料還顯示出其他獨特的特點，包括自修復性、熱敏性、膠黏性、可注射性。

技術領域

本發明涉及新材料領域，特別涉及一種多壁碳納米管共價鍵增強自修復聚合物導電材料及其制備方法。

背景技術

導電材料由于其廣泛的應用，如傳感器、執行器、超級電容器、電池、電子皮膚等，近年來受到了廣泛的關注。然而，老化或機械損傷會縮短電子設備的壽命。因此，自修復的概念被引入到導電材料中，在損傷后能夠修復自己的損傷。通常，構建自修復導電材料的方法主要有三種。第一種，含有導電介質的微膠囊或已被廣泛發展。微膠囊或微管的破裂釋放封裝的導電介質，并流向受損區域，恢復導電能力。然而，微膠囊或微管無法在同一受損區域提供多重愈合，這是由于損傷后單一導電愈合劑的耗竭造成的。特別是這些缺點限制了可穿戴設備的應用，這就需要一個可重復的、環境的、非侵入性的遠程修復過程。

其次，還有一個簡單的方法來構建自修復導電材料，通過直接涂布導電介質（如石墨烯，碳納米管，或銀納米線）到自修復的基底上，在自修復過程中，分離的基底可以使分離的導電層重新接觸。例如，熊等通過噴涂的單壁碳納米管在自修復狄爾斯-阿爾德反應的聚合物基底上制備了一個機械和電修復手指運動傳感器。然而，通過這一方法制作的導電復合材料，在使用過程中，由于附著力差或不匹配剛性導電層和柔性襯底之間的不匹配和反復變形，會導致導電層的脫落，降低他們在長期使用過程中的穩定性和可靠性。

第三種方法主要是將導電介質引入自修復聚合物基體中，形成自修復的合導電復合材料。這些復合材料的優點在于，它們的自自修復合功能可以多次使用，具有很好的機械和電學性能恢復的可重復性。基底中的自修復作用機制主要包括動態共價鍵(例如硼/氧鍵)和可逆非共價鍵(例如氫鍵、主體-客體相互作用、金屬-配體相互作用、分子間擴散)，允許在分子水平進行修復并恢復原始材料的性能。盡管這種策略已經取得了很大進展，但導電介質通常不能均勻地分散在復合材料中，從而降低這些材料的機械性能。因此，設計具有高機械強度的自修復導電復合材料是一項挑戰。同時，在凝膠體系中發現具有粘合劑、可注射性能以及傳感能力的可愈合的導電復合材料鮮有報道。因此，發展具有高機械強度的導電復合材料的可愈合的、粘合劑的、可注射的和感測性能的組合通常是相互排斥的，并且仍有待解決。

發明內容

為了彌補現有技術的不足，本發明提供了一種多壁碳納米管共價鍵增強自修復聚合物導電材料及其制備方法。

本發明的技術方案為：

一種多壁碳納米管共價鍵增強自修復聚合物導電材料，該材料為十一烯醇改性的羧基多壁碳納米管mMWCNT與甲基丙烯酸丁酯單體以及甲基丙烯酸月桂酯單體的共聚物。

作為優選方案，十一烯醇改性的羧基多壁碳納米管mMWCNT的含量為3%-20%。

作為優選方案，甲基丙烯酸丁酯單體、甲基丙烯酸月桂酯單體的摩爾比為1:1-6:1。

所述多壁碳納米管共價鍵增強自修復聚合物導電材料的制備方法，包括步驟：

1）制備十一烯醇改性的羧基多壁碳納米管mMWCNT；