[發明專利]一種生物質增強型多功能材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202210514674.8
• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN114889267A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 翁明岑;張沛乾;丁敏;葉元基
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: B32B27/28
• 分類號: B32B27/28;B32B27/32;B32B27/08;B32B9/00;B32B9/04;B32B23/00;B32B23/08;B32B7/12;C08L1/02;C08L79/02;C08K3/04;C08G73/02;C08J5/18;H01G11/24
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明公開了一種生物質增強型多功能材料及其制備方法與應用。首先，將生物質納米纖維分散液與碳納米管分散液攪拌混勻，得到碳納米管?納米纖維混合液，所述混合液通過真空抽濾法或液相蒸發法到碳納米管?納米纖維薄膜，接著通過原位聚合法在碳納米管?納米纖維薄膜表面聚合導電聚合物，得到惰性功能層材料；最后，將惰性功能層材料與活性熱膨脹層材料復合，得到生物質增強型多功能材料。本發明通過可控的物理/化學交聯，改善碳納米管基復合薄膜的電、機械和電化學性能，進而應用于柔性電磁屏蔽器件、柔性驅動器及超級電容器中。

技術領域

本發明涉及驅動材料領域，具體涉及一種生物質增強型多功能材料及其制備方法與應用。

背景技術

柔性驅動器在軟機器人、傳感器、人工智能和視覺智能等領域受到廣泛關注。通過不同的設計策略，不同的材料已被用于制造具有不同類型機構的致動器。特別是，通過結合多功能材料，如邁科烯、納米線、碳基納米材料和液晶彈性體，已經廣泛開發了多刺激響應型柔性驅動器。除了傳統柔性驅動器的一般功能外，多刺激響應型柔性驅動器還具有先進的熱、電或/和光耦合機械性能，并伴隨著對外部刺激的智能變形響應。柔性驅動器的實際應用需要集成儲能、信息采集和反饋等功能的智能系統。然而，隨著信息技術和電子設備的飛速發展，電磁輻射污染在日常生活中屢見不鮮，不可避免地對智能系統的信息采集和反饋造成嚴重干擾。此外，現有的通過電信號傳遞信息的多功能執行器往往需要內置儲能模塊，面臨體積大、可持續性不足等問題。同時，這些功能部件的組裝和連接通常需要外部電路。這將增加智能系統設計和制造的復雜性。如果驅動器集成了電磁干擾屏蔽特性，則功能化驅動器可以在外部刺激的引導下發生定向形變，從而保護智能系統免受嚴重的電磁污染。此外，如果將電化學活性材料集成到驅動材料中，不僅可以滿足多功能驅動器集成柔性儲能模塊的需求，還可以顯著降低智能系統的質量和體積。因此，多功能、集成化智能驅動器的設計與制備是十分重要的。

碳納米管作為一種典型的碳納米材料，已廣泛應用于電磁干擾屏蔽、能量收集/存儲、和柔性驅動器等領域。單根碳納米管具有極高的固有拉伸強度（100 GPa）和楊氏模量（1 TPa）。然而，純碳納米管薄膜的機械性能通常很差，因為在碳納米管之間的管與管連接處的范德華力相互作用較弱。碳納米管的取向和界面交聯是增強界面相互作用以提高碳納米管薄膜機械性能的兩種典型策略。一方面，通過排列碳納米管制備高取向的碳納米管薄膜，可以提高碳納米管之間的連接性，從而提高碳納米管薄膜的堆積密度和機械強度。然而，值得注意的是，碳納米管的高度取向排列和密集堆積將不可避免地消除碳納米管薄膜中的多孔結構，削弱其電化學性能。另一方面，以聚合物共混為代表的界面交聯是提高碳納米管薄膜力學性能的另一種重要方法。但是，由于聚合物的導電性較差，碳納米管-聚合物復合薄膜的導電性較差。被大大削弱。因此，設計具有強機械強度和高導電性的碳納米管復合薄膜是亟待解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種生物質增強型多功能材料及其制備方法與應用。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種生物質增強型多功能材料，具有雙層結構，是由活性熱膨脹層與惰性功能層通過粘結劑層采用粘結或壓合的方式層疊設置而成。

所述粘結劑為壓敏膠、光固化膠、熱固化膠、非導電性固化膠中的一種或兩種以上的的組合。

所述生物質增強型多功能材料的制備方法，包括如下步驟：

1）制備惰性功能層材料

1-1）將生物質納米纖維分散液與碳納米管分散液攪拌混勻，得到碳納米管-納米纖維混合液；

1-2）將碳納米管-納米纖維混合液通過真空抽濾法或液相蒸發法，得到碳納米管-納米纖維薄膜；

1-3）通過原位聚合法，在碳納米管-納米纖維薄膜表面聚合導電聚合物，烘干，得到導電聚合物@碳納米管-納米纖維薄膜，即為惰性功能層材料；

2）將惰性功能層材料與活性熱膨脹層材料復合，得到生物質增強型多功能材料