MXene-聚低共熔基导电弹性体的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了MXene

【技术实现步骤摘要】
MXene
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聚低共熔基导电弹性体的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于柔性导电高分子材料
，具体涉及一种MXene
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聚低共熔基导电弹性体的制备方法；还涉及该制备方法制备的MXene
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聚低共熔基导电弹性体的应用。

技术介绍

[0002]随着柔性电子器件日益增加的先进性需求，基于导电高分子复合弹性体材料的研究越来越热，目前已广泛应用于环境监测、医疗保健、传感器、柔性电极和可穿戴电子等领域。然而在实际应用中，弯折、撞击、划伤和摩擦等操作均会不可避免地对柔性导电材料造成一定的机械损伤，从而可能导致其器件的电学性能和使用寿命下降。因此，如何设计导电高分子弹性体的结构及组成，确保其在损伤后能在室温下即可快速恢复其力学特性、导电性及灵敏度等特性仍然是一个挑战。
[0003]低共熔溶剂(DES)是一种类离子液体，具有良好的非挥发性、生物相容性好、制备简易、原料成本低廉、低毒性及原子利用率达100％等特征。特别地，低共熔溶剂具有高度的可设计性，通常可通过选择合适的氢键供体和氢键受体，以不同的配比进行组合，进而在较大范围内调控其物理化学性质。近期，基于DES的导电弹性体制备及其应用研究越来越热，按照DES在体系中扮演的角色不同，可以分为两大类：(1)DES用作溶剂的导电弹性体。如胡君等人利用聚合物在不同溶剂中分布状态的差异，使用DES与良溶剂交换，聚合物间相互作用得以强化，诱导均匀且坚固的聚合物网络形成，进而获得力学性能优异的物理交联低共熔凝胶[Advanced Functional Materials,2022,32(41):2206305]；姚晰和鞠婕等人合作开发了一种新型的具备环境和化学稳定性的耐低温DES离子导体，以其为溶剂，甲基丙烯酸羟乙酯为单体，聚乙二醇二丙烯酸酯为交联剂，制得了DES凝胶，该凝胶在低温下仍保持良好的柔性及导电性[International Journal of Smart and Nano Materials,2021,12(3):337
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50]；王志国等人通过“一锅法”的制备策略成功实现在DES体系下纤维素原料到导电弹性体的制备，无需溶剂置换和产物分离，为构建性能优异、检测灵敏的绿色纳米微晶纤维素复合导电弹性体提供了新的思路[Chemical Engineering Journal,2023,454:140022]。(2)DES是做溶剂和可聚合单体的导电弹性体。例如何明辉课题组利用氯化胆碱(ChCl)与丙烯酸(AA)二元组分间特有的性质，制备了可原位光聚合的PDES并探讨了其在可图案化的柔性形变传感器中的应用[Journal of Materials Chemistry C,2017,5(33):8475
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81；Chemistry of Materials,2020,32,874
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881；ACS Applied Materials&Interfaces,2019,10(33),28027
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28035]；李仁爱等人将马来酸(MA)引入ChCl
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AA型PDES中，制备了AA
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ChCl&MA
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ChCl的PDES体系，经快速原位光聚合后制得了具有对有机溶剂不敏感特性的可自修复透明导电弹性体[Journal of Materials Chemistry A,2020,8(10):5056
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61]。
[0004]然而，氢键供体丙烯酸作为DES中一类常用的氢键供体，其原位光聚合获得的热塑性聚丙烯酸材料在室温条件下较软且表面较粘，限制了其在柔性导电弹性体中的进一步应用。此外，在聚低共熔基导电弹性体系中，其导电性主要受制于氢键受体氯化胆碱内可迁移
的氯离子数目，故其离子传导性和灵敏度仍有待提高。综上所述，目前导电高分子弹性体的传导性和灵敏度有待进一步提高和优化。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供MXene
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聚低共熔基导电弹性体的制备方法，解决了现有技术中导电高分子弹性体的传导性和灵敏度有待进一步提高和优化的问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]MXene
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聚低共熔基导电弹性体的制备方法，具体按照如下步骤进行：
[0008]步骤1：将氯化胆碱、可聚合羧酸单体和可聚合酰胺单体按照摩尔比1:x:y混合形成混合物，其中x+y＝3；将混合物在60～70℃下加热搅拌15～30min，获得室温下可保持澄清透明的溶液A；
[0009]步骤2：将Ti3AlC2、氟化锂和盐酸以1:0.05:0.5的摩尔比混合，将混合物在40～60℃下反应48～72h后，通过离心分离得到沉淀，用去离子水洗涤沉淀直到其上清液pH恒定，获得多层Ti3C2T
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水溶液；将该多层Ti3C2T
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水溶液经超声与离心处理后得到其上清液，即为分散均匀的单层Ti3C2T
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纳米片水溶液，经抽滤测定体系固含量并加水稀释后得到8～12mg/mL的MXene水溶液；
[0010]步骤3：将单层Ti3C2T
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纳米片和光引发剂加入到步骤1所制得的澄清透明溶液A中，在冰浴中超声分散均匀后得到预聚物溶液B；其中光引发剂的添加量为溶液A的2～5wt％，单层Ti3C2T
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纳米片的含量为预聚物溶液B的0.2～0.8g/L；
[0011]步骤4：将步骤3所制得的预聚物溶液B流延水平板上，通过紫外光照射下使其进行原位聚合，最后得到MXene
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聚低共熔基自修复导电弹性体。
[0012]本专利技术的特点还在于：
[0013]步骤1中，可聚合羧酸单体为马来酸、当归酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、惕格酸以及衣康酸中的一种或多种。
[0014]步骤1中，可聚合酰胺单体为甲基丙烯酰胺、N
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乙基丙烯酰胺、N
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苯基丙烯酰胺、N
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异丙基丙烯酰胺以及N
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异丙基甲基丙烯酰胺中的一种或多种。
[0015]步骤3中，光引发剂为光引发剂2959、2，4，6三甲基苯甲酰基二苯基氧化磷、1羟基环己基苯基甲酮以及2羟基2甲基1苯基丙酮中的一种或多种。
[0016]步骤3中，冰浴中超声分散的超声功率控制为250～350W，超声时间控制为10～20min。
[0017]步骤2中，超声处理的参数控制如下：超声时间控制为0.5～1.5h，离心转速控制为2000～4000rpm，离心时间控制为0.5～1.0h。
[0018]步骤4中，紫外光照射的参数控制如下：紫外光波长为365nm，功率为40～60W，紫外灯距离玻璃板高度为10～15cm，照射时间为20～40s。
[0019]本专利技术的有益效果是，本专利技术MXene...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.MXene
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聚低共熔基导电弹性体的制备方法，其特征在于，具体按照如下步骤进行：步骤1：将氯化胆碱、可聚合羧酸单体和可聚合酰胺单体按照摩尔比1:x:y混合形成混合物，其中x+y＝3；将混合物在60～70℃下加热搅拌15～30min，获得室温下可保持澄清透明的溶液A；步骤2：将Ti3AlC2、氟化锂和盐酸以1:0.05:0.5的摩尔比混合，将混合物在40～60℃下反应48～72h后，通过离心分离得到沉淀，用去离子水洗涤沉淀直到其上清液pH恒定，获得多层Ti3C2T
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水溶液；将该多层Ti3C2T
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水溶液经超声与离心处理后得到其上清液，即为分散均匀的单层Ti3C2T
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纳米片水溶液，经抽滤测定体系固含量并加水稀释后得到8～12mg/mL的MXene水溶液；步骤3：将单层Ti3C2T
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纳米片和光引发剂加入到步骤1所制得的澄清透明溶液A中，在冰浴中超声分散均匀后得到预聚物溶液B；其中光引发剂的添加量为溶液A的2～5wt％，单层Ti3C2T
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纳米片的含量为预聚物溶液B的0.2～0.8g/L；步骤4：将步骤3所制得的预聚物溶液B流延水平板上，通过紫外光照射下使其进行原位聚合，最后得到MXene
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聚低共熔基自修复导电弹性体。2.根据权利要求1所述的MXene
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聚低共熔基导电弹性体的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述可聚合羧酸单体为马来酸、当归酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、惕格酸以及衣康酸中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的MXene
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聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小娟，郭嘉乾，方长青，杨可欣，雷阳，闫畅，雷婉青，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：