[發明專利]4D打印電響應折疊展開復合材料、制造及其形狀記憶行為的調控方法

有效

• 申請號: 202011245214.7
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112500684B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 黃舒;張航;單銘遠;盛杰;周建忠;魏潔安;周雙留;徐瑋
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L75/04;C08L25/06;C08L79/08;C08K7/00;C08K3/08;C08K3/22;B29C64/10;B33Y10/00;B33Y70/10;B33Y80/00;B82Y30/00;B82Y40/00
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• 代理人: 暫無信息

1.一種4D打印電響應折疊展開復合材料，其特征在于：包括多層具有形狀記憶效應的基體層及具有電致生熱能力的電熱層，所述基體層與電熱層間隔層疊設置、且位于最外層的兩層均為基體層，電熱層鑲嵌在基體層一面的凹槽內、且與外部導線相連，相鄰兩層基體層之間通過均勻分布于凹槽內的凸臺（12）連接，所述凸臺（12）與基體層同一材質、且連接為一體；所述電熱層中金屬納米線之間通過激光熔焊粘連在一起，且電熱層與基體層之間也通過激光輻照來提高結合性能。

2.根據權利要求1所述的復合材料，其特征在于：位于同一層的電熱層在多個區域分離開來分布，和/或，不同層的電熱層的在多個區域分離且錯列或層疊分布。

3.根據權利要求2所述的復合材料，其特征在于：單層電熱層的層厚為10～50μm，單層基體層的層厚為1～5mm。

4.如權利要求2所述的復合材料，其特征在于：同一層不同區域的或不同層的電熱層厚度不同。

5.根據權利要求1或2所述的復合材料，其特征在于：所述基體層的材質為環氧類形狀記憶聚合物、聚氨酯類形狀記憶聚合物、苯乙烯類形狀記憶聚合物或聚酰亞胺類形狀記憶聚合物；所述金屬納米線為銀納米線、氧化鋁納米線、氧化鋅納米線中的一種或多種的混合物。

6.根據權利要求1或2所述的復合材料，其特征在于：凸臺（12）在凹槽（11）中呈陣列分布，其總面積占比為凹槽面積的10～20%。

7.權利要求1-6任一項所述4D打印電響應折疊展開復合材料的制造方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：底層基體層（1）的打印成形：

通過3D技術在打印平臺（2）上打印底層基體層（1），所述基體層上表面（13）打印有凹槽（11）與導線槽（14），所述凹槽（11）內具有上表面與底部基體層（1）上表面共平面的凸臺（12）；

步驟二：電熱層的噴涂：

將貼膜（15）貼合在基體層上表面（13），與凸臺（12）的表面上，遮擋底層基體層（1）和凸臺（12）的表面、露出凹槽（11）；然后向凹槽（11）中噴涂金屬納米線分散液（4），當待到自然干燥的金屬納米線能夠填滿凹槽（11）時停止噴涂，撕下貼膜（15），干燥的金屬納米線在基體層上表面（13）形成電熱層；

步驟三：激光輻照納米熔焊法處理電熱層：

使用激光束（5）對電熱層進行照射，通過納米熔焊使電熱層中的金屬納米線之間熔焊在一起；

步驟四：封裝導線（7）：

將正負極導線（7）放入導線槽（14），用導電膠將導線（7）與電熱層連接；

步驟五：打印中間基體層：

將處理過的底層基體層（1）與電熱層的結合體連同打印平臺（2）一同放置在3D打印機上，直接在底層基體層（1）、電熱層上表面打印中間基體層，剛打印的中間基體層與基體層上表面（13）、凸臺（12）結合、并將電熱層包裹在兩層基體層之間；中間基體層的結構與底層基體層（1）的結構相同；

步驟六：重復步驟二、步驟三、步驟四、步驟五，打印、制造后續的中間基體層、電熱層，最后打印頂層基體層（10），頂層基體層（10）的上表面為平面。

8.如權利要求7所述的制造方法，其特征在于：打印方式為光固化打印、熔融沉積打印或噴墨打印；步驟三中采用的激光能量密度為30～60 mJ/cm²，照射區域光束停留時間為5～10ms，光斑直徑為4 mm。

9.權利要求1-6任一項所述4D打印電響應折疊展開復合材料的形狀記憶行為的調控方法，其特征在于：根據基體內的多層電熱層將結構分為多個熱影響區，每層電熱層在通電后都會產生各自的熱影響區，通過對通電電熱層數目、同層電熱層中不同區域的厚度以及通電電壓大小的控制，實現電響應形狀記憶折疊展開結構內熱影響區分布以及范圍的控制，根據形狀回復力F_回、阻礙形狀回復的力F_阻的相對大小關系調控變形速度和形狀回復的程度；或者通過實時、分時間段的調控電熱層的通電層數及通電電壓的大小，實現一個完整變形過程中不同時間段內以不同的變形速度完成變形。