[發(fā)明專(zhuān)利]一種快速光熱響應(yīng)的形狀記憶驅(qū)動(dòng)器及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110249240.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112853758B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅洪盛;吳少英;姚仰榮;申偉;彭博煜;劉厚麟;黃雪兒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): D06M15/05
• 分類(lèi)號(hào): D06M15/05;D06M11/74;D06M101/38
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 彭玉婷

本發(fā)明公開(kāi)了一種快速光熱響應(yīng)的形狀記憶驅(qū)動(dòng)器及其制備方法和用途，其基底為具有微納米纖維結(jié)構(gòu)和形狀記憶功能的柔性基底纖維膜，所述柔性基底纖維膜上沉積有纖維素納米微晶與導(dǎo)電二維MXene材料。本發(fā)明的形狀記憶驅(qū)動(dòng)器的光熱響應(yīng)速度快，在80～140mW/cm²的近紅外刺激下，形狀記憶驅(qū)動(dòng)器表面的溫度在20s內(nèi)可以快速達(dá)到80℃以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種快速光熱響應(yīng)的形狀記憶驅(qū)動(dòng)器及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，開(kāi)發(fā)對(duì)外部刺激能夠精準(zhǔn)感知、分析、識(shí)別并進(jìn)行處理且具有一定執(zhí)行能力的新型智能材料具有重大意義。形狀記憶聚合物是一類(lèi)新型功能高分子材料，在一定條件作用下可以變形并固定成臨時(shí)形狀，并在外部刺激后能恢復(fù)其形狀。依據(jù)其實(shí)現(xiàn)記憶功能的刺激類(lèi)型，可分為熱致響應(yīng)型、光致響應(yīng)型、電致響應(yīng)型、磁致響應(yīng)型等不同類(lèi)型。光熱響應(yīng)型形狀記憶材料是向基體中加入光熱轉(zhuǎn)化材料，增加其對(duì)光的吸收和熱的傳導(dǎo)，將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能，再誘導(dǎo)高分子材料發(fā)生形變，間接實(shí)現(xiàn)光致響應(yīng)型形狀記憶特性。與目前存在的大多數(shù)驅(qū)動(dòng)器都是熱響應(yīng)型的形狀記憶材料相比，光熱驅(qū)動(dòng)的方式具有無(wú)線(xiàn)控制、局部致動(dòng)、光源豐富、特異波長(zhǎng)選擇性等優(yōu)點(diǎn)，并且其填充材料還可以賦予其優(yōu)異的導(dǎo)電性能以及機(jī)械性能，適用范圍更廣。

最新開(kāi)發(fā)的光熱驅(qū)動(dòng)器采用的有機(jī)軟材料包括了形狀記憶聚合物、彈性體、聚合物水凝膠、液晶(LCs)及生物高分子材料。所用填充材料多是碳納米管、碳納米線(xiàn)、石墨烯等碳基材料。但是，現(xiàn)有的光熱驅(qū)動(dòng)器的能量轉(zhuǎn)換效率較低，光吸收不足、導(dǎo)熱性差、機(jī)械強(qiáng)度差、功能性有限等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用范圍。

與碳材料相比，MXene(碳化鈦)作為一種新型的二維材料，由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)而具備超強(qiáng)的導(dǎo)電性、光熱轉(zhuǎn)換效率、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，其優(yōu)越的成膜性能在膜材料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用，成為制備光熱驅(qū)動(dòng)器最具吸引力的材料之一。但是，MXene材料的市場(chǎng)價(jià)格高昂，不利于其進(jìn)行工業(yè)推廣使用，因此迫切需要提出一種響應(yīng)速度快且成本低的改進(jìn)方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種成本低、響應(yīng)速度快、工藝簡(jiǎn)單的快速光熱響應(yīng)的形狀記憶驅(qū)動(dòng)器及其制備方法和用途。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種快速光熱響應(yīng)的形狀記憶驅(qū)動(dòng)器，其基底為具有微納米纖維結(jié)構(gòu)和形狀記憶功能的柔性基底纖維膜，所述柔性基底纖維膜上沉積有纖維素納米微晶與導(dǎo)電二維MXene材料。

所述柔性基底纖維膜是由形狀記憶高分子通過(guò)靜電紡絲法制得的；所述形狀記憶高分子包括熱固性形狀記憶聚氨酯，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為40～60℃；所述熱固性形狀記憶聚氨酯的分子量范圍優(yōu)選為10000～100000。

所述導(dǎo)電二維MXene材料與纖維素納米微晶的質(zhì)量比為1:(0～10)。

所述導(dǎo)電二維MXene材料優(yōu)選Ti₃C₂。

所述快速光熱響應(yīng)的形狀記憶驅(qū)動(dòng)器的制備方法，是將形狀記憶高分子溶于有機(jī)溶劑，進(jìn)行靜電紡絲，獲得具有微納米纖維結(jié)構(gòu)的柔性基底纖維膜；將Ti₃AlC₂進(jìn)行刻蝕制備得到MXene(Ti₃C₂)納米片溶液，然后將MXene(Ti₃C₂)納米片溶液與纖維素納米微晶CNCs溶液進(jìn)行超聲混合，再沉積到柔性基底纖維膜上，干燥，即可得到形狀記憶驅(qū)動(dòng)器。

上述快速光熱響應(yīng)的形狀記憶驅(qū)動(dòng)器的制備方法，具體包括下述步驟：

(1)將形狀記憶高分子加熱熔融于有機(jī)溶劑中，得到靜電紡絲前驅(qū)體溶液；

(2)將靜電紡絲前驅(qū)體溶液進(jìn)行靜電紡絲，得到多孔的具有微納米纖維結(jié)構(gòu)的柔性基底纖維膜；