一种动态超分子离子导电弹性体及其制备方法技术

一种动态超分子离子导电弹性体及其制备方法，其中方法包括步骤：取二异氰酸酯单体下抽真空除水至少12h；取聚醚型双官能度单体加入史兰克烧瓶中，除去瓶中残余水分及氧气；将二异氰酸酯单体溶于无水溶剂中，超声混匀后加入处理后的聚醚型双官能度单体中，再加入催化剂搅拌反应30min；取扩链剂溶于无水溶剂中，超声至完全溶解；将反应产物倒入玻璃培养皿中，将其放入真空干燥箱中30h除去残余溶剂得到动态超分子弹性体；将干燥的电解质盐和动态超分子弹性体进行混合，搅拌35h得到透明无色均一溶液；将透明无色均一溶液倒入玻璃培养皿中，干燥至少12h除去部分溶剂，最终得到动态超分子离子导电弹性体。本发明专利技术制备方法简单，材料易得，成本低，反应温和，产率高。产率高。产率高。

【技术实现步骤摘要】
一种动态超分子离子导电弹性体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及离子导体研究领域，具体涉及一种动态超分子离子导电弹性体及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的不断发展，以及电子元器件与电子设备的快速更新，轻便、灵活、可拉伸的柔性电子产品将是当今信息时代发展的主力方向。它们将在健康监测、人造皮肤、可植入生物电子设备、移动通信、计算机、能源、航空航天等领域具有潜在的应用，并可无缝集成至日常生活中。现有技术的柔性电子产品主要是通过应变工程、超薄纳米膜和柔软的导电复合聚合物等多种设计进行开发，然而，这些设计方法并不能同时满足各领域对可拉伸性、高强度、可循环性、导电性、透光性等多功能性柔性导电材料的需求，从而限制了其在某些领域的应用；除此之外，这些方法设计的柔性电子产品在使用过程中经常会遭受反复磨损、划伤或切割等机械意外损坏，导致功能失效、设备故障等，从而会严重地降低设备的服役寿命并增加使用成本。因此，开发具有高性能的多功能性柔性电子材料是柔性电子产品发展的重要基础。
[0003]受生命体启发，许多用于信号感知、传输、收集的工程电子产品已从电子作为电荷载体转向离子作为电荷载体，离子导体可实现多数电子导体难以实现的功能，从而促使了以离子导体为介质的柔性电子产品的快速发展，如类皮肤传感器、可拉伸触控面板、离子二极管和晶体管、柔性纳米摩擦发电机等。
[0004]目前研究比较广泛的离子导体包括：水凝胶、离子凝胶等凝胶体系和离子导电弹性体。此类凝胶基离子导体的聚合物网络中均包含有大量的水或有机液体，长期使用过程中液体挥发或泄露导致材料稳定性差，且材料受到机械力时液体泄漏的问题亦无法避免。受聚合物电解质的离子传输机理的启发，研究人员将金属盐分散至聚合物网络中，通过聚合物中的极性元素与金属盐的“络合
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解络合”作用，实现离子在聚合物基体中传输，制备出高拉伸性的透明离子导电弹性体。然后聚合物网络的不可逆性导致运动能力受限，其材料的导电性大幅下降，同时机械韧性较差。
[0005]综上可知，目前几种广泛研究的离子导体主要存在以下关键问题：(1)力学强度和韧性差；(2)稳定性差；(3)材料结构可逆性差。这些关键问题导致离子导体在使用过程中受到损伤或破坏，会导致器件功能失效，降低材料或器件的服役寿命，且增加了使用成本。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种动态超分子离子导电弹性体及其制备方法，通过“相锁定”的策略制备得到动态超分子离子导电弹性体，该动态超分子导电弹性体具有高离子电导率，高透明度，优异的力学性能，以及优异的室温自修复性能和可循环使用性能，这些优异的性能明显优于目前常用的离子导体。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种动态超分子离子导电弹性体的制备方法，包
括以下步骤：
[0008](1)取二异氰酸酯单体于70～120℃下抽真空除水至少12h；
[0009](2)取聚醚型双官能度单体加入瓶中，在80～150℃条件下，抽真空与充保护气体循环3～5次，以除去瓶中残余水分及氧气，降温至60～70℃，其中，采用的保护气体为氮气或惰性气体；
[0010](3)按聚醚型双官能度单体和二异氰酸酯单体的摩尔比为1:2～2:1，将经步骤(1)处理后的二异氰酸酯单体按体积比为1:5～5:1溶于无水溶剂中，超声混匀后加入经步骤(2)处理后的聚醚型双官能度单体中，然后再按二异氰酸酯单体和聚醚型双官能度单体总质量的0.01～1％加入催化剂，60～70℃下搅拌反应至少30min；
[0011](4)取扩链剂按体积比为1:5～5:1溶于无水溶剂中，超声至完全溶解，呈无色透明溶液，其中，该扩链剂包括摩尔比为10:0～0:10的动态二硫键和超分子四重氢键；
[0012](5)将步骤(3)的反应产物升温到70～90℃，然后加入步骤(4)所得的无色透明溶液，70～90℃下持续搅拌至少6h，随后再按二异氰酸酯单体和聚醚型双官能度单体总质量的0.01～1％加入甲醇并搅拌至少20min；
[0013](6)将步骤(5)的反应产物倒入玻璃培养皿或模具中，于50～65℃的鼓风烘箱中除去部分溶剂，随后将其放入65～75℃的真空干燥箱中至少30h除去残余溶剂，得到动态超分子弹性体；
[0014](7)将干燥的电解质盐和动态超分子弹性体按电解质盐占二异氰酸酯单体、聚醚型双官能度单体和扩链剂总质量的5～50％进行混合，然后溶于质量比为1:10～10:1的无水溶剂中，搅拌至少35h，得到透明无色均一溶液；
[0015](8)将透明无色均一溶液倒入玻璃培养皿或模具中，于30～70℃烘箱中干燥至少12h除去部分溶剂，随后将其放入65～75℃的真空干燥箱内至少30h除去残余溶剂，最终得到动态超分子离子导电弹性体。
[0016]作为本专利技术的进一步优选方案，所述聚醚型双官能度单体的分子量为500～5000。
[0017]作为本专利技术的进一步优选方案，所述聚醚型双官能度单体包括聚四亚甲基醚二醇、端氨基聚四氢呋喃、端羟基聚乙二醇、端羟基聚丙二醇、端羟基聚乙二醇
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丙二醇共聚物、端氨基聚乙二醇、端氨基聚丙二醇、端氨基聚乙二醇
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丙二醇共聚物中的一种或多种。
[0018]作为本专利技术的进一步优选方案，所述二异氰酸酯单体包括甲苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或多种。
[0019]作为本专利技术的进一步优选方案，所述二硫键包括2,2'
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二硫二乙醇或4,4'
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双(羟甲基)
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2,2'
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联吡啶硫醚。
[0020]作为本专利技术的进一步优选方案，所述超分子四重氢键为2
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脲基
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4[1H]嘧啶酮。
[0021]作为本专利技术的进一步优选方案，所述催化剂包括二月桂酸二异丁基锡或三乙醇胺。
[0022]作为本专利技术的进一步优选方案，所述电解质盐包括六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、草酸二氟硼酸锂、二草酸硼酸锂中的一种或多种。
[0023]作为本专利技术的进一步优选方案，步骤(3)中的无水溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺中一种或两种的混合物；步骤(4)中的无水溶剂为二甲基亚砜；所述步骤(7)中的无水溶剂为四氢呋喃或、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、N
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甲基吡咯烷酮中的一种或多种的混合物。
[0024]本专利技术提供了一种动态超分子离子导电弹性体，由上述任一项所述的动态超分子离子导电弹性体的制备方法制备得到。
[0025]本专利技术的动态超分子离子导电弹性体及其制备方法，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：
[0026]1)本专利技术的制备方法基于电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态超分子离子导电弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取二异氰酸酯单体于70～120℃下抽真空除水至少12h；(2)取聚醚型双官能度单体加入瓶中，在80～150℃条件下，抽真空与充保护气体循环3～5次，以除去瓶中残余水分及氧气，降温至60～70℃，其中，采用的保护气体为氮气或惰性气体；(3)按聚醚型双官能度单体和二异氰酸酯单体的摩尔比为1:2～2:1，将经步骤(1)处理后的二异氰酸酯单体按体积比为1:5～5:1溶于无水溶剂中，超声混匀后加入经步骤(2)处理后的聚醚型双官能度单体中，然后再按二异氰酸酯单体和聚醚型双官能度单体总质量的0.01～1％加入催化剂，60～70℃下搅拌反应至少30min；(4)取扩链剂按体积比为1:5～5:1溶于无水溶剂中，超声至完全溶解，呈无色透明溶液，其中，该扩链剂包括摩尔比为10:0～0:10的动态二硫键和超分子四重氢键；(5)将步骤(3)的反应产物升温到70～90℃，然后加入步骤(4)所得的无色透明溶液，70～90℃下持续搅拌至少6h，随后再按二异氰酸酯单体和聚醚型双官能度单体总质量的0.01～1％加入甲醇并搅拌至少20min；(6)将步骤(5)的反应产物倒入玻璃培养皿或模具中，于50～65℃的鼓风烘箱中除去部分溶剂，随后将其放入65～75℃的真空干燥箱中至少30h除去残余溶剂，得到动态超分子弹性体；(7)将干燥的电解质盐和动态超分子弹性体按电解质盐占二异氰酸酯单体、聚醚型双官能度单体和扩链剂总质量的5～50％进行混合，然后溶于质量比为1:10～10:1的无水溶剂中，搅拌至少35h，得到透明无色均一溶液；(8)将透明无色均一溶液倒入玻璃培养皿或模具中，于30～70℃烘箱中干燥至少12h除去部分溶剂，随后将其放入65～75℃的真空干燥箱内至少30h除去残余溶剂，最终得到动态超分子离子导电弹性体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚醚型双官能度单体的分子量为500～5000。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁书江，陈晶，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：