一种全固态离子导电弹性体及其制备方法技术

本公开实施例提供的一种全固态离子导电弹性体及其制备方法，所述全固态离子导电弹性体具有三维互联纳米结构，其原料包括高分子单体、第一锂盐、低共熔溶液、引发剂和交联剂；所述高分子单体为含有多巴胺基团的双键类单体以及不含有多巴胺基团的双键类单体；所述低共熔溶液由质量比为5～30:34的第二锂盐和丁二腈混合得到；所述第一锂盐和所述第二锂盐均为双三氟甲磺酰亚胺锂盐；所述含有多巴胺基团的双键类单体、所述不含有多巴胺基团的双键类单体、所述第一锂盐和所述低共熔溶液的质量比为20～50：5～15：45～70。本公开实施例的弹性体具有优异的导电性、稳定性、粘附性、断裂韧性和自修复性，且离子导电率可高达0.1S/m。且离子导电率可高达0.1S/m。且离子导电率可高达0.1S/m。

【技术实现步骤摘要】
一种全固态离子导电弹性体及其制备方法


[0001]本公开涉及高分子材料
，特别涉及一种全固态离子导电弹性体及其制备方法。

技术介绍

[0002]软导体材料作为人机交互界面以及机器传感的柔性电子产品的核心部件，通常需要具有高度的可拉伸性、透明性、在干态湿态下快速的自愈合性、稳定的高导电性以及传感特性。此外，由于材料需要紧密贴附基体或直接接触人体，因此还需要柔性导体材料具有强黏附性和生物相容性。另外，这种传感器也会在一些极端环境中使用(如海洋环境、低温环境等)，因此柔性传感器材料应具有一定的稳定性和耐久性。但是遗憾的是，到目前已有的文献报道中，并没有材料可以同时满足上述特性，这极大地限制了柔性传感器和可穿戴设备领域的发展。早期研究集中在添加导电粒子的电子导电柔性导体材料，然而这类材料具有填料分散不均匀、大应变下通路断开以及与人体通过离子进行信号传递不匹配等问题，极大的限制了它的应用。然而柔性离子导体(即水凝胶、离子凝胶、离子导电弹性体)完美解决了上述问题，成为新一代研究热点。然而，水凝胶受低温水分凝固和高温水分蒸发的影响，使材料在使用过程中性能减弱或失效；离子凝胶中的离子液体可以很大程度上克服水凝胶的两种问题，但是离子凝胶在受到挤压时会发生离子液体的泄露，并且材料的导电性与力学性能相矛盾，这极大影响了材料的应用。然而不含任何液体的全固态离子导电弹性体则很好的解决了上述问题，具有优异的环境稳定性和耐久性。但是目前已有的全固态离子导电弹性体具有黏附性弱、难以水下自修复、离子电导率低等问题，限制了其在柔性电子领域的应用。因此，如何赋予全固态离子导电弹性体强黏附性、优异的水下自修复特性以及高的离子电导率成为目前迫切而艰巨的任务。

技术实现思路

[0003]本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0004]为此，本公开第一方面实施例提供的全固态离子导电弹性体，该全固态离子导电弹性体不含任何溶剂，在干/湿状态下具有强黏附性、优异的力学性能、快速的干/湿态自修复性和导电性能且其离子电导率最高可以到达0.1S/m。
[0005]本公开第一方面实施例提供的全固态离子导电弹性体，具有三维互联纳米结构，所述全固态离子导电弹性体的原料包括高分子单体、第一锂盐、低共熔溶液、引发剂和交联剂；
[0006]所述高分子单体为含有多巴胺基团的双键类单体以及不含有多巴胺基团的双键类单体；
[0007]所述低共熔溶液由质量比为5～30:34的第二锂盐和丁二腈混合得到；
[0008]所述第一锂盐和所述第二锂盐均为双三氟甲磺酰亚胺锂盐；
[0009]所述含有多巴胺基团的双键类单体、所述不含有多巴胺基团的双键类单体、所述
第一锂盐和所述低共熔溶液的质量比为20～50：5～15：45～70。
[0010]可选地，所述含有多巴胺基团的双键类单体为多巴胺甲基丙烯酰胺、多巴胺丙烯酰胺、左旋多巴甲基丙烯酰胺或左旋多巴丙烯酰胺。
[0011]可选地，所述不含有多巴胺基团的双键类单体为丙烯酸酯类单体为2
‑
(乙基胺基甲酰)丙烯酸乙酯、2
‑
(丁基胺基)羰基氧代丙烯酸乙酯、丙烯酸
‑2‑
甲氧乙基酯、丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯和苯氧基丙烯酸酯中的任意一种或多种的混合物。
[0012]可选地，所述引发剂为光引发剂2959或光引发剂TPO。
[0013]可选地，所述光引发剂的摩尔数为所述高分子单体摩尔数的0.1％～1％。
[0014]可选地，所述交联剂为N,N
‑
双(丙烯酰)胱胺、聚乙二醇二丙烯酸酯或者聚乙二醇。
[0015]可选地，所述交联剂的摩尔数为所述高分子单体摩尔数的0.1％～1％。
[0016]可选地，所述低共熔溶液按照以下步骤配制：对丁二腈加热使其呈液态，向液态的丁二腈中加入所述第二锂盐，进行超声混合均匀，得到所述低共熔溶液。
[0017]可选地，所述全固态离子导电弹性体的导电率高达0.1S/m，断裂伸长率为400％～700％，在空气中的应力
‑
应变自修复效率为84％
‑
86％，在水下的应力
‑
应变自修复效率为70％
‑
171％，电性能的自修复效率接近100％。
[0018]本公开第一方面实施例提供的全固态离子导电弹性体，具有以下特点及有益效果：
[0019]本公开第一方面实施例提供的全固态离子导电弹性体，在干/湿状态下具有优异的黏附性能，通过定性分析，其对塑料、碳纤维、聚酰亚胺、钢板等多种材料均具有普遍的黏附行为，被推测的机理为材料中的酚羟基、氨基、
‑
CF3基团、氧原子等可以和材料表面基团形成氢键、π
‑
π相互作用、金属配位等多种作用，从而产生普遍的黏附行为。此外，材料在干/湿状态下具有优异的力学和电学自修复性能，其中本实施例提供的全固态离子导电弹性体力学性能的自修复效率可以达到70％以上，甚至超过100％，而电学性能的干态(如在空气中)自修复效率几乎接近于100％。自修复机理被推测为材料结构上多巴胺丙烯酰胺单体中的酚羟基、酰胺基与氧、氟等原子形成氢键以及自身形成的双齿氢键，苯环与锂离子形成的π
‑
π键堆叠、π
‑
锂阳离子相互作用，加入的丁二腈基团中的
‑
CN可以与锂阳离子、
‑
CF3基团及其自身形成高密度的离子
‑
偶极、偶极
‑
偶极相互作用，通过体系中多种复杂的相互作用使材料获得优异的自修复性能。此外，本实施例提供的全固态离子导电弹性体具有最高0.1S/m的高离子电导率，被推测机理为由于高含量丁二腈的加入，材料为三维互联结构，而且由于丁二腈与锂盐之间强烈复杂的相互作用，一方面促进了锂盐的解离，另一方面使得大部分的锂盐分离到丁二腈相形成导电纳米通道，最终使弹性体获得高的离子电导率。由于材料具有强黏附性、优异的自修复性以及高离子电导率，使得材料在柔性传感器、柔性电极、锂电池、超级电容器等领域都将拥有广泛的应用。
[0020]本公开第二方面实施例提供的全固态离子导电弹性体的制备方法，包括：
[0021]在所述高分子单体中加入所述引发剂、所述交联剂、所述第一锂盐和所述低共熔溶液，经超声搅拌均匀，得到均相前驱溶液，通过聚合，得到所述全固态离子导电弹性体。
[0022]本公开第二方面实施例提供的全固态离子导电弹性体的制备方法，具有以下特点及优异性能：
[0023]本公开第二方面实施例提供的制备方法，合成了一种在干/湿状态下具有强黏附性、优异自修复特性以及电导率最高可达0.1S/m的全固态离子导电弹性体。基于贻贝仿生原理和塑性晶体与锂盐复杂的相互作用，在体系中加入大量含有多巴胺基团的丙烯酰胺类单体，由于大量的固体难以溶解，因此引入丁二腈与锂盐配置的低共熔溶液，在促进固体溶解的同时还会与高分子基体形成三维互本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全固态离子导电弹性体，其特征在于，所述全固态离子导电弹性体具有三维互联纳米结构，所述全固态离子导电弹性体的原料包括高分子单体、第一锂盐、低共熔溶液、引发剂和交联剂；所述高分子单体为含有多巴胺基团的双键类单体以及不含有多巴胺基团的双键类单体；所述低共熔溶液由质量比为5～30:34的第二锂盐和丁二腈混合得到；所述第一锂盐和所述第二锂盐均为双三氟甲磺酰亚胺锂盐；所述含有多巴胺基团的双键类单体、所述不含有多巴胺基团的双键类单体、所述第一锂盐和所述低共熔溶液的质量比为20～50：5～15：45～70。2.根据权利要求1所述的全固态离子导电弹性体，其特征在于，所述含有多巴胺基团的双键类单体为多巴胺甲基丙烯酰胺、多巴胺丙烯酰胺、左旋多巴甲基丙烯酰胺或左旋多巴丙烯酰胺。3.根据权利要求1所述的全固态离子导电弹性体，其特征在于，所述不含有多巴胺基团的双键类单体为丙烯酸酯类单体为2
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(乙基胺基甲酰)丙烯酸乙酯、2
‑
(丁基胺基)羰基氧代丙烯酸乙酯、丙烯酸
‑2‑
甲氧乙基酯、丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯和苯氧基丙烯酸酯中的任意一种或多种的混合物。4.根据权利要求1所述的全固态离子导电弹性体，其特征在于，所述引发剂为光引发剂2959或光引发剂TPO。5.根据权利要求1所述的全固态离...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄继军，张庆，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：