具有光电响应性的可逆形状记忆材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及功能高分子材料，具体涉及一种具有电和光的双重响应特性的可逆形状记忆材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供一种具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料，所述材料为具有隔离结构的聚合物基导电复合材料，其中，所述聚合物为具有宽熔程的半晶聚合物，即所述聚合物的熔程区间温度≥20℃，熔程区间温度＝终熔温度‑初熔温度。本发明专利技术通过物理共混后再经热压成型和赋形并冷却定型可制备得到具有电和光的双重响应特性的可逆形状记忆材料，制备方法简单；在材料内部构建导电填料的隔离结构从而获得优异的导电性能；隔离网络的导电填料不会影响可逆形状记忆聚合物分子链的运动，使得其作为驱动器仍能保持优异的驱动性能。

Reversible shape memory materials with photoelectric responsiveness and their preparation methods and Applications

【技术实现步骤摘要】
具有光电响应性的可逆形状记忆材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及功能高分子材料，具体涉及一种具有电和光的双重响应特性的可逆形状记忆材料及其制备方法和应用。
技术介绍
在人工智能机器人迅速发展的当下，能够将外界刺激(热、光、电等)转换为机械工作的驱动器受到了广泛的关注。双向形状记忆聚合物(RSMP)是能够通过温度改变呈现形状变化的智能材料，并且RSMP具有诸如低密度，低能耗和优异的可加工性的优点，展现了其在驱动器领域的应用潜力。而传统的RSMP只能响应环境温度的变化，这就很大程度上限制了它的应用。在RSMP中构筑填料网络以增加其对光和电的响应可进一步拓展RSMP的应用。目前用于制备电驱动的形状记忆聚合物通常是直接引入导电填料进行共混，虽然这确实能够实现电驱动，但有许多限制：(1)要实现聚合物从绝缘体向导电体的转变需要引入大量的填料，而且需要在较高的电压下才能驱动；(2)大量填料的存在会影响聚合物分子链的运动能力从而降低RSMP的形状记忆性能。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供一种具有光和电双重响应特性的可逆形状记忆材料及其制备方法和应用，所得材料能同时响应电和光刺激，即具有光和电双重响应特性，且所得材料具有优良的驱动性能；并且该材料的制备工艺简单。本专利技术的技术方案：本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料，所述材料为具有隔离结构的聚合物基导电复合材料，其中，所述聚合物为具有宽熔程的半晶聚合物，即所述聚合物的熔程区间温度≥20℃，熔程区间温度＝终熔温度-初熔温度。即本专利技术所选聚合物为宽熔程聚合物(即熔程区间温度≥20℃)；熔程是指物质的熔点并不是一个点，而是一个温度区间，称为熔程区间，两限分别称为初熔温度和终熔温度，初熔温度即物质开始熔融的温度，终熔温度即物质完全熔融的温度。进一步，所述隔离结构指：聚合物基导电复合材料由聚合物基体和导电填料制备而成，其中导电填料是位于聚合物基体之间的界面上，而不是在聚合物基体中随机排列。更进一步，上述具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料中的聚合物基体为具有20℃以上宽熔程区间的半晶聚合物。更进一步，所述聚合物基体为：乙烯-辛烯共聚物(POE)或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中的至少一种。所述导电填料为炭黑、碳纳米管、石墨烯或碳纤维短纤中的至少一种；本专利技术中导电填料选用可以使复合材料具有通电焦耳发热效应以及光热效应的填充物中的任意一种或者至少两种的混合物。优选的，上述具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料中，所述聚合物基体为乙烯-辛烯共聚物，所述导电填料为碳纳米管，聚合物基体与导电填料的配比为：乙烯-辛烯共聚物100体积份，导电填料0.1～6体积份。本专利技术要解决第二个技术问题是提供一种具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料的制备方法，所述制备方法为：先将聚合物基体颗粒和导电填料经物理共混使导电填料包覆在聚合物基体颗粒表面，再通过热压成型使导电填料固定在聚合物基体颗粒的界面之间，得到具有隔离结构的复合材料；然后将所得复合材料进行赋形并冷却定型得到具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料。进一步，所述聚合物基体颗粒的粒径在50～2000μm，优选为200～600μm。进一步，所述物理共混的方式为：球磨、研磨或高速搅拌混合中的一种。进一步，所述热压成型在聚合物基体的初融温度以上热分解分度以下进行；所得复合材料的赋形在聚合物基体的终融温度以下3～20℃的温度下进行。进一步，赋形采用固定夹具夹持的方法。本专利技术要解决的第三个技术问题是指出：上述制得的具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料能够用作智能开关、机械抓手或柔性机器人。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术通过物理共混后再经热压成型和赋形可制备得到具有电和光的双重响应特性的可逆形状记忆材料，制备方法简单；(2)物理共混后热压的制备工艺可以在材料内部构建导电填料的隔离结构从而获得优异的导电性能；(3)隔离网络的导电填料不会影响POE等分子链的运动，使得所得可逆形状记忆材料仍能保持优异的驱动性能；(4)隔离网络的导电填料使RSMP可同时响应电和光的刺激。附图说明图1为实施例一所得具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料的光学显微镜照片。图2为实施例四所得具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料的光学显微镜照片。图3为对比例二所得复合材料的扫描电镜图。图4为实施例一、二、三、四、五所得具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料、对比例一、二、三所得复合材料的电导率。图5为实施例四所得具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料在无外力条件下形变随温度的变化图。图6为对比例二所得复合材料在无外力条件下形变随温度的变化图。图7为实施例四所得具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料在20V、30V、36V的直流电压下和对比例二所得复合材料在200V的直流电压下温度随时间的变化图。图8为实施例二所得具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料在250mW·cm-2的光功率密度的光照下温度随时间的变化图。具体实施方式本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料，所述材料为具有隔离结构的聚合物基导电复合材料，并且，所述聚合物为具有宽熔程的半晶聚合物，所述聚合物的熔程区间温度≥20℃，熔程区间温度＝终熔温度-初熔温度。本专利技术首次指出具有隔离结构的、特定的聚合物基导电复合材料能够作为具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料。本专利技术要解决第二个技术问题是提供一种具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料的制备方法，所述制备方法为：先将聚合物基体颗粒和导电填料经物理共混使导电填料包覆在聚合物基体颗粒表面，再通过热压成型使导电填料固定在聚合物基体颗粒的界面之间，得到具有隔离结构的复合材料；然后将所得复合材料进行赋形并冷却定型得到具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料。换言之，本专利技术中的赋形并冷却定型指在热压定型后根据实际需要重新定制一个形状并将其固定。进一步，所述热压成型在聚合物基体的初融温度以上热分解分度以下进行；所得复合材料的赋形在聚合物基体的终融温度以下3～20℃的温度下进行。下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。以下实施例只是几种典型的实施方式，并不能起到限制本专利技术的作用，本领域的技术人员可以参照实施例对技术方案进行合理的设计，同样能够获得本专利技术的结果。实施例一将100份的POE粉料(粒径200～600μm)与0.25份碳纳米管加入行星球磨机在400r/min下混合90min，再将混合得到的产物在100℃和2.5MPa的压力下压制成型，再将热压成型的产物在80℃下根据实际需要通过固定夹具夹持重新赋形，并冷却定型得到具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料。实施例二将100份的POE粉料(粒径200～600μm)与0.5份碳纳米管加入行星球磨机在400r/min下混合90min，再将混合得到的产物在100℃和2.5MPa的压力下压制成型，再将热压成型的产物在80℃下通过固定夹具夹持重新赋形，并冷却定型得到具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料。实施例三将100份的POE粉料(粒径200～600μm)与1份碳纳米管加入行星球磨机在400r/min下混合90min，再将混合得到的产物在100℃和2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料，其特征在于，所述材料为具有隔离结构的聚合物基导电复合材料，其中，所述聚合物为具有宽熔程的半晶聚合物，即所述聚合物的熔程区间温度≥20℃，熔程区间温度＝终熔温度‑初熔温度。

【技术特征摘要】
1.一种具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料，其特征在于，所述材料为具有隔离结构的聚合物基导电复合材料，其中，所述聚合物为具有宽熔程的半晶聚合物，即所述聚合物的熔程区间温度≥20℃，熔程区间温度＝终熔温度-初熔温度。2.根据权利要求1所述的具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料，其特征在于，所述隔离结构指：聚合物基导电复合材料由聚合物基体和导电填料制备而成，其中导电填料是位于聚合物基体之间的界面上，而不是在聚合物基体中随机排列。3.根据权利要求2所述的具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料，其特征在于，所述聚合物基体选自：乙烯-辛烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。4.根据权利要求2或3所述的具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料，其特征在于，所述导电填料为炭黑、碳纳米管、石墨烯或碳纤维短纤中的至少一种。5.根据权利要求4所述的具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料，其特征在于，所述聚合物基体为乙烯-辛烯共聚物，所述导电填料为碳纳米管，聚合物基体与导电填料的配比为：乙烯-辛烯共聚物100体积份，导电填料0.1～6体积份。6.权利要求1～5任一项所述具有光电双重响应特性的可逆形状记忆材料的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：包睿莹，徐钊，杨鸣波，杨伟，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51