[發(fā)明專(zhuān)利]一種原子層級(jí)疊層復(fù)合電驅(qū)動(dòng)變形材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111599128.0
• 申請(qǐng)日: 2021-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114456430B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建新;戎家勝;周玉成;胡聰;胡俊斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08J7/06
• 分類(lèi)號(hào): C08J7/06;C08L63/02;C08L81/04;C08J5/12
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔;楊文晰

本發(fā)明提供一種形狀記憶聚合物與原子層石墨烯疊層復(fù)合的電驅(qū)動(dòng)變形材料及其制備方法，屬于智能材料技術(shù)領(lǐng)域；該復(fù)合材料可以為單疊層結(jié)構(gòu)或多疊層結(jié)構(gòu)，單疊層結(jié)構(gòu)由環(huán)氧樹(shù)脂基形狀記憶聚合物層、少原子層石墨烯層和電極端構(gòu)成，多疊層結(jié)構(gòu)由多個(gè)環(huán)氧樹(shù)脂基形狀記憶聚合物層、多個(gè)少原子層石墨烯層和電極端交疊構(gòu)成。本發(fā)明智能響應(yīng)材料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電導(dǎo)和熱導(dǎo)可控，響應(yīng)和回復(fù)速度快，易用于電驅(qū)動(dòng)回復(fù)變形構(gòu)件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電驅(qū)動(dòng)智能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是形狀記憶聚合物/原子層級(jí)石墨烯層復(fù)合的電驅(qū)動(dòng)變形材料及其制備方法。

背景技術(shù)

形狀記憶聚合物（SMP）作為一種高分子材料，在一定條件下將其變形為臨時(shí)形狀并固定后，可以在外部物理長(zhǎng)如熱、光、磁場(chǎng)等刺激下回復(fù)到初始形狀。

常規(guī)SMP都是樹(shù)脂類(lèi)聚合物，本身電絕緣、導(dǎo)熱性差，變形時(shí)需要附加加熱裝置。為了提升SMP的可控性，在SMP基底中添加炭黑、碳納米管、碳纖維等材料，使SMP具有一定的導(dǎo)電性，從而可以利用焦耳熱來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器變形。例如：專(zhuān)利CN112960105A設(shè)計(jì)了一種連續(xù)碳纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物變形材料，使用至少一根非直線(xiàn)型排列的連續(xù)碳纖維和導(dǎo)電顆粒來(lái)實(shí)現(xiàn)可設(shè)計(jì)電阻。專(zhuān)利CN109228302A設(shè)計(jì)了一種基于3D打印的電驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物片層，結(jié)合3D打印技術(shù)，在聚合物基層上分布多個(gè)加熱基點(diǎn)。專(zhuān)利CN112898756A采用銀納米線(xiàn)構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并嵌入形狀記憶聚合物，得到生物相容性好、可生物降解的電響應(yīng)形狀記憶復(fù)合材料。專(zhuān)利CN109280336B采用真空抽濾的氧化石墨烯膜熱壓附著于形狀記憶聚合物表面，實(shí)現(xiàn)了多重驅(qū)動(dòng)回復(fù)變形。專(zhuān)利CN105802188A設(shè)計(jì)了一種碳納米管/形狀記憶聚合物復(fù)合材料，其中碳納米管既作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，又可作為電加熱體。

上述方法獲得的形狀記憶聚合物均可一定程度上實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動(dòng)控制，但碳納米管、銀納米線(xiàn)、炭黑等導(dǎo)電添加物都不易均勻分布，常需要較高的導(dǎo)電填料填充量，而影響SMP基體的連續(xù)性；同時(shí)聚合物導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的控制也難以大面積控制。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種形狀記憶聚合物與化學(xué)氣相沉積的均勻少原子層石墨烯疊層復(fù)合的電驅(qū)動(dòng)變形材料及其制備方法，該材料利用原子層厚度的石墨烯在SMP上形成均勻的導(dǎo)電、導(dǎo)熱層，可以在導(dǎo)電材料極低添加量的條件下實(shí)現(xiàn)SMP整體均勻加熱，快速響應(yīng)回復(fù)變形的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

首先，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N原子層級(jí)疊層復(fù)合電驅(qū)動(dòng)變形材料，該變形材料一層疊層結(jié)構(gòu)；所述疊層結(jié)構(gòu)包括上層石墨烯層、下層環(huán)氧樹(shù)脂基形狀記憶聚合物層和兩個(gè)電極；所述兩個(gè)電極分別覆蓋設(shè)于石墨烯層上表面的兩端；

所述環(huán)氧樹(shù)脂基形狀記憶聚合物是由環(huán)氧樹(shù)脂E51、聚硫橡膠、氨乙基哌嗪和正丁基縮水甘油醚按照質(zhì)量比100∶16-35∶24∶20混合后獲得。

優(yōu)選的覆蓋于石墨烯層上表面的單個(gè)電極寬度與石墨烯層相同，長(zhǎng)度不超過(guò)石墨烯層長(zhǎng)度的10%，且不小于0.2?mm。

其次，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N多層原子層級(jí)疊層復(fù)合電驅(qū)動(dòng)變形材料，該變形材料包括至少二層疊層結(jié)構(gòu)，所述二層疊層結(jié)構(gòu)之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂基形狀記憶聚合物粘合連接；所述多層原子層級(jí)疊層復(fù)合電驅(qū)動(dòng)變形材料的兩端設(shè)有導(dǎo)電材料，并于疊層結(jié)構(gòu)的電極連為一體；

所述疊層結(jié)構(gòu)包括上層石墨烯層、下層環(huán)氧樹(shù)脂基形狀記憶聚合物層和兩個(gè)電極；所述兩個(gè)電極分別覆蓋設(shè)于石墨烯層上表面的兩端。

優(yōu)選的，覆蓋于單個(gè)疊層結(jié)構(gòu)石墨烯層上表面的單個(gè)電極寬度與石墨烯層相同，長(zhǎng)度不小于0.2?mm。電極過(guò)長(zhǎng)，將影響疊層結(jié)構(gòu)材料整體變形性能，因此在實(shí)踐中，單個(gè)電極長(zhǎng)度以不超過(guò)石墨烯層長(zhǎng)度的10%為宜。

第三，本發(fā)明同時(shí)提供了上述原子層級(jí)疊層復(fù)合電驅(qū)動(dòng)變形材料的制備方法，其具體步驟如下：