一种柔性导电高分子材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，具体涉及一种柔性导电高分子材料及其制备方法和应用。所述柔性导电高分子材料，包括以下重量份计的组分：含可逆DA键交联的柔性聚合物D 25～95份；含可逆亚胺键交联的导电聚合物S 0.025～40份；线性聚合物PEDOT:PSS 1～75份。本发明专利技术制得的柔性导电高分子材料兼具高导电、高强度、高耐受性、自修复以及可重复回收的优点，综合性能优异，能够克服现有技术柔性导电高分子材料不能同时兼具优异的导电性、柔性、可拉伸性、在形变状态下稳定的电学与电化学性能以及经济和环保特性的不足。济和环保特性的不足。济和环保特性的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性导电高分子材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种柔性导电高分子材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]21世纪，随着电子信息技术的迅猛发展，智能可穿戴产品逐渐进入到人类生活的各个领域，在健康检测、运动辅助、人机交互等方面都有巨大的应用潜力，柔性导电材料则是制备智能可穿戴产品不可或缺的组成部分。与无机、金属材料相比，导电高分子拥有成本低、密度小、易加工、易柔性改性、可大面积成膜等特点，因此，采用导电高分子作为导电基体制备柔性导电材料更符合柔软化、轻量化、成本低等实际应用需求，因此也越来越受到重视。
[0003]目前，根据结构的不同，柔性导电高分子材料主要有两种形式：非自支撑与自支撑。非自支撑柔性导电高分子材料优点突出：制备简单，平面方向导电性较好，早期的柔性导电高分子材料以非自支撑型为主。但是，非自支撑型柔性导电高分子的缺点也十分明显，比如由于导电层很脆，材料耐弯折性能差，使用寿命短；导电的耐拉伸性不好，导电性在拉伸状态下下降明显；只能在平面方向导电，截面方向则不导电；同时，非自支撑型导电高分子材料无法自修复和回收。在实际应用中，为了能够匹配可穿戴电子器件的性能需求，柔性导电材料不仅需要具有优异的导电性，还要同时具备良好的柔性、可拉伸性、在形变状态下稳定的电与电化学性能。基于环保和经济性考量，理想的柔性导电高分子材料还需要具有自修复性与回收性。因此，上述因素决定了非自支撑型柔性导电高分子材料的实际应用场景十分有限。与非自支撑柔性导电高分子相比，自支撑柔性导电高分子由于导电组分被柔性组分包覆且均匀分散，结构更为稳定且连接更为紧密，通过合理设计，有望能同时克服以上所有弊端，从而更好地符合实际应用需求，并获得更为广泛的应用空间。
[0004]值得指出的是，虽然自支撑导电高分子存在这种成功的可能性，但是目前这种能够克服所有上述弊端的技术还鲜有报道，大多数自支撑型柔性导电高分子材料在拉伸或者弯曲、折叠状态下电导率会显著下降，不能稳定地在实际应用中的柔性电子器件中工作。同时，绝大多数的自支撑型柔性导电高分子材料不具备自修复与回收特性，无法提供良好的环保与经济性。因此，亟需构建一种兼具高导电、高强度、高耐受性、自修复与重复回收性能的自支撑柔性导电高分子材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种柔性导电高分子材料及其制备方法和应用。本专利技术制得的柔性导电高分子材料兼具高导电、高强度以及高耐受性的优点，综合性能优异，能够克服现有技术柔性导电高分子材料不能同时兼具优异的导电性、柔性、可拉伸性、在形变状态下稳定的电学与电化学性能以及经济和环保特性的不足。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种柔性导电高分子材料，包括以
下重量份计的组分：
[0007]含可逆DA键交联的柔性聚合物D
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25～95份；
[0008]含可逆亚胺键交联的导电聚合物S
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0.025～40份；
[0009]线性聚合物PEDOT:PSS
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1～75份。
[0010]优选地，所述柔性导电高分子材料，包括以下重量份计的组分：
[0011]含可逆DA键交联的柔性聚合物D
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50～89.75份；
[0012]含可逆亚胺键交联的导电聚合物S
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0.25～1.25份；
[0013]线性聚合物PEDOT:PSS
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10～48.75份；
[0014]所述线性聚合物PEDOT:PSS的质量为柔性导电高分子材料总质量的10～50％。
[0015]本专利技术中含可逆DA键交联的柔性聚合物D、含可逆亚胺键交联的导电聚合物S与线性聚合物PEDOT:PSS相互反应，形成双交联网络结构的互锁网络，通过“强迫互溶”与“相互协同”的方式，将含有不同功能的多个网络组合在一起，从而使所得材料获得单组网络很难实现的多功能性。形成的互锁网络的交联结构及各网络之间的相互限制作用，使制得的柔性导电高分子材料的导电性具有良好的变形耐受性，导电性十分稳定。
[0016]本专利技术选择含可逆DA键交联的柔性聚合物D作为柔性组分，为复合材料提供柔性；选择含可逆亚胺键交联的导电聚合物S与线性聚合物PEDOT:PSS的组合作为导电组分，为复合材料提供良好的导电性。除了含可逆DA键交联的柔性聚合物D、含可逆亚胺键交联的导电聚合物S具有的单组网络本身的性能以外，由于反应形成了互锁结构，还显示出优异的网络协同作用，主要源于以下几个方面：
[0017]第一，三维共轭交联的含可逆亚胺键交联的导电聚合物S，可有效构筑三维导电通路，增加导电通路数量，从而提升原料组分形成的柔性导电高分子材料的整体导电性；同时当配方体系中加入线性聚合物PEDOT:PSS时，由于含可逆亚胺键交联的导电聚合物S的LUMO
‑
HOMO能级介于线性聚合物PEDOT:PSS的LUMO
‑
LUMO能级之间，可为线性聚合物PEDOT:PSS的电子跃迁提供过渡态，降低线性聚合物PEDOT:PSS的跃迁的禁带宽度，进一步提高线性聚合物PEDOT:PSS的导电效率；
[0018]第二，形成的互锁网络结构具有比单组网络更强的网络限制作用，可显著提升材料的强度；
[0019]第三，形成的互锁网络具有更优异的耐受性，在溶剂与机械变形作用下都可以保持良好的导电稳定性；
[0020]第四，由于DA键交联的柔性聚合物D与亚胺键交联的导电聚合物S都具有动态可逆性，所以制得的柔性导电高分子材料具有自修复与可回收性。
[0021]本专利技术中含可逆DA键交联的柔性聚合物D与含可逆亚胺键交联的导电聚合物S均仅含一种互不干扰和反应的可逆共价键。可逆DA键交联的柔性聚合物D仅含有DA键这一种可逆共价键，而不含有其它动态可逆键；可逆亚胺键交联的导电聚合物S仅含有席夫碱键这一种可逆共价键，而不含有其它动态可逆键。交联聚合物D和S中的不可逆化学键的种类和数量并不进行限定。
[0022]本专利技术所述的柔性导电高分子材料性能受各组分的配比影响最大。因此，本专利技术通过对各组分的配比进行合理优化，来调控互锁网络复合材料的性能，最终得到一系列性能侧重点不同的柔性导电高分子材料。
[0023]优选地，所述含可逆DA键交联的聚合物D包含以下重量份计的组分：
[0024][0025]更优选地，所述含可逆DA键的交联聚合物D包含以下重量份计的组分：
[0026][0027]优选地，所述含磺酸基单烯单体包括中的至少一种。更优选地，所述含磺酸基单烯单体为
[0028]优选地，所述单烯基呋喃单体包括中的至少一种。
[0029]优选地，所述含氟单烯基单体包括所述含氟单烯基单体包括
[0030]中的至少一种。
[0031]更优选地，所述含氟单烯基单体为所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性导电高分子材料，其特征在于，包括以下重量份计的组分：含可逆DA键交联的柔性聚合物D 25～95份；含可逆亚胺键交联的导电聚合物S 0.025～40份；线性聚合物PEDOT:PSS 1～75份。2.如权利要求1所述柔性导电高分子材料，其特征在于，包括以下重量份计的组分：含可逆DA键交联的柔性聚合物D 50～89.75份；含可逆亚胺键交联的导电聚合物S 0.25～1.25份；线性聚合物PEDOT:PSS 10～48.75份；所述线性聚合物PEDOT:PSS的质量为柔性导电高分子材料总质量的10～50％。3.如权利要求1所述柔性导电高分子材料，其特征在于，所述含可逆DA键交联的聚合物D包含以下重量份计的组分：4.如权利要求1所述柔性导电高分子材料，其特征在于，所述含可逆亚胺键交联的导电聚合物S包含以下重量份计的组分：双端氨基的苯胺低聚物
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64～95份；多醛基芳香化合物
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5～36份。5.如权利要求4所述柔性导电高分子材料，其特征在于，所述双端氨基的苯胺低聚物包括以下重量份计的组分：苯胺单体
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20～40份；分子量调节剂
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1～20份；氧化剂
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5～80份。6.如权利要求4所述柔性导电高分子材料，其特征在于，所述含可逆亚胺键交联的导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：章明秋，邓文文，容敏智，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：