[發明專利]一種環境友好型輕質化負泊松比柔性壓阻傳感超材料的制備方法及其產品和應用

在審

• 申請號: 202111041986.3
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113831695A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 黃進;何毅;張水洞
• 申請（專利權）人: 廣州納研新材料科技有限公司
• 主分類號: C08L67/02
• 分類號: C08L67/02;C08L75/04;C08L75/06;C08K3/04;C08J9/12;G01L1/18;G01L9/06
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種環境友好型輕質化負泊松比柔性壓阻傳感超材料的制備方法及其產品和應用，屬于壓阻傳感器超材料的制備技術領域。本發明公開了一種環境友好型輕質化負泊松比柔性壓阻傳感超材料的制備方法，該方法基于負泊松比超材料的理論，提供一種滿足人工智能、大健康等領域智能壓阻傳感高機械柔性、傳感穩定性、高力學韌性、高傳感靈敏度、環境友好性等實用需求，同時滿足產業化規模制造、低成本化要求的多功能集成型輕質化可降解生物基柔性壓阻傳感多孔超材料的制備方法與關鍵共性制造技術。

技術領域

本發明屬于壓阻傳感超材料的制備技術領域，涉及一種環境友好型輕質化負泊松比柔性壓阻傳感超材料的制備方法及其產品和應用。

背景技術

聚合物基多孔材料，包括聚合物基氣凝膠和泡沫材料，其內部微結構為無數互相連通或互不連通的微孔，因此通常具有低表觀密度、高比強度、高比模量的物理特性，被廣泛應用于包裝運輸、生物醫療、航空航天、汽車零部件等諸多領域。近年來，隨著多孔材料功能化研究的深入與應用領域的拓展，聚合物基導電功能多孔材料由于優良的壓阻特性和集輕質化、低導熱率、能量吸收、防震等多功能一體化，逐漸在人工智能、5G物聯網、大健康等領域的智能傳感方面表現出廣泛的應用前景。

聚合物基氣凝膠的主要制造方法為“冰模板”法，通過調控聚合物溶液冷凍過程冷凍速率、冷凍溫度、冷凍方向等諸多因素控制冰晶生長，從而形成多孔結構并調控其結構形貌，實現宏觀氣凝膠多孔材料的制備與性能調控。聚合物基泡沫材料的制備通常通過化學或物理發泡手段，通過在聚合物基體中添加物理發泡劑或化學發泡劑，在熔融狀態和一定壓力下形成泡核、泡核生長以及泡核的穩定，并最終在聚合物降溫相變過程中從而實現泡孔形貌的固定。相比氣凝膠材料，泡沫材料由于其簡單高效的制造方式，產業化生產難度最低，因此應用最廣泛。

超臨界二氧化碳發泡技術作為一種近年來新興聚合物基泡沫制造技術，相對傳統化學發泡具有綠色環保、成本低廉、可控性強等優點；同時，在發泡比率和泡孔構建方面，超臨界二氧化碳流體發泡可以制得到更高閉孔率、更小孔徑的微孔泡沫，得到表觀密度更低而力學性能更佳、內部微結構形貌更均一的輕質化材料；此外，超臨界二氧化碳作為分子鏈“潤滑劑”能夠起到良好的增塑作用，大幅拓展常見直鏈類生物聚酯的多孔材料可加工窗口，實現柔性生物基聚合物多孔材料的制備。如Shuidong Zhang等(Polymers forAdvanced Technologies,2018,29:1953-1965)利用超臨界二氧化碳流體發泡技術并通過發泡溫度、壓力等參數調控制備了具有納米尺度的柔性聚丁二酸丁二醇酯微孔泡沫。

聚合物基負泊松比泡沫超材料的制造方式通常是經過正泊松比泡沫的二次加工，該制造策略由Lakes(Science,1987,235:1038-1041.)于1987年首次提出，通過對110×38×38mm的普通正泊松比泡沫進行三維壓縮后再對其進行加熱、冷卻和松弛處理，使其泡孔單元呈內凹結構，從而得到宏觀泊松比值為-0.17的負泊松比超材料。這是首次通過對普通聚合物泡沫的處理得到具有特殊微觀結構的負泊松比材料，為聚合物基多孔超材料的蓬勃發展奠定了基礎。

與導電納米功能粒子物理熔融摻雜共混是聚合物導電功能化最簡單且使用最普遍的方法，該方法具有操作簡便、工藝簡單以及可控性強等特點，如Zhou等(Journal ofMaterialsScienceTechnology,2021,60:27-34.)利用常見聚乳酸與多壁碳納米管復合制備可3D打印導電功能材料，僅在多壁碳納米管體摻雜質量分數3％時聚乳酸的導電率提升至10⁵Ω/m²，同時該復合物的結晶性能與熱性能大幅提升，實現了力學性能、導電性能、耐熱性能的綜合提升。