一种线性刺激-响应型柔性多孔复合材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于功能复合材料领域，具体涉及一种线性刺激

【技术实现步骤摘要】
一种线性刺激
‑
响应型柔性多孔复合材料及其制备和应用


[0001]本专利技术属于功能复合材料领域，具体涉及一种可拉伸
、
可压缩
、
可弯折的透气型多功能型线性刺激
‑
响应型柔性多孔复合材料及其制备和应用
。

技术介绍

[0002]随着柔性电子
、
物联网与智能机器人等技术的飞速发展，柔性可拉伸应变传感材料的重要性逐渐体现出来，而且用户对这类材料性能与功能的需求与日俱增
。
其根本需求是在实际应用过程中简单准确地测量物体产生的应变并进行实时反馈，类似于人体皮肤发挥的功能作用
。
而且，此类应用情景中物体的应变范围通常较宽，而且变化相对复杂
。
传统电子材料由于传感功能相对单一，通常无法满足此类应用情景，因此发展与服务对象具有良好共形性和贴合性
、
且电信号随应变线性响应的柔性可拉伸电子材料
(
电子皮肤
)
显得尤为重要
。
其中，为了满足实际应用过程中弹性透气的性能需求，开发宽范围内兼具可拉伸
、
压缩与弯曲功能，且电信号随应变线性快速响应的多孔型聚合物导电复合材料是重中之重
。
另外，对于柔性压力传感器而言，能准确区分正负压力也是实际应用中重要的性能指标之一，其在柔性仿生水下机器人和智能流体检测泵应用领域有广阔的应用前景
。
[0003]通常而言，将不同功能的传感器以特定的方式集成在一种聚合物基底上，利用不同的电路设计来实现信号的区分，这是目前制备具有多种应变感知功能的柔性应变传感材料的主要方法
。
虽然此方法十分简便，但是无法实现材料与器件的小体积化
、
整体柔性稳定化和低功率化集成，因此在实际应用场合中依然面临许多困难和挑战
。
另外，作为类皮肤的多功能应变传感材料，多孔型聚合物导电复合材料由于综合物理力学性能与透气性能优异，在多功能应变传感器应用方面优势更加明显
。
目前制备多孔型聚合物导电复合材料的方法主要有：在泡棉表面涂覆导电材料，或者是将导电复合材料
(
可以是浆料或者粉末混合物等形式
)
通过牺牲模板法
、
冷冻干燥
、3D
打印
、
发泡等技术来制备
。
但是，由此制备的多孔导电材料具有压缩性能却难以保证良好的可拉伸特性，而且电性能难以满足在宽拉伸或者压缩应变范围内变化
。
为此，也有借助聚合物共混和刻蚀的方法来制备聚合物导电复合材料，但是这种方法制备的复合材料通常难以同时实现宽应变范围内的可拉伸性与可压缩性能
。
而且，孔骨架的稳健性通常不足，导电纳米材料与高分子材料之间的相互作用亦不够强，导致其在机械形变过程中电信号随应变加载非线性变化，最终带来实际应用过程中信号处理复杂和零点难寻找的问题
。
目前，该问题严重制约柔性应变传感材料和柔性可拉伸电子皮肤的实际应用，并且解决此类问题的方法十分有限
。
尽管使用不同的导电复合材料进行复合制备强健的导电网络，或者将不同阻值的电阻进行周期性组合，可以在一定范围内抑制拉伸过程中导电通路的迅速破坏，但是难以兼顾宽工作范围
、
高灵敏度和多种应变传感功能，而且加工方法复杂且无法做到规模化与结构可定制化
。
此外，目前存在的柔性压力传感器还无法对正负压力进行准确区分，这一领域基本属于空白
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足与局限性，本专利技术提供一种在聚合物材料内部构建仿立交桥的电子网络结构，通过水刻蚀去掉其中的水溶性聚合物相，获得空间异质型多孔聚合物导电复合材料
。
所得多孔型聚合物导电复合材料的骨架具有良好的力学性能
、
导电纳米材料
‑
聚合物界面稳定性，整体表现为良好的
、
稳定可控的线性电阻
‑
机械应变响应特性；在较宽的应变加载范围内具有良好的拉伸
、
压缩和弯曲应变传感性能和信号线性度
。
同时，该压力传感材料还可以有效区分正负压力
。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种复合材料，所述复合材料的原料包括聚合物
1、
聚合物
2、
填料1和填料2，其中，所述聚合物1为热塑性弹性体聚合物，所述聚合物2为水溶性热塑性聚合物，填料1为零维填料
(
如球状填料
)
，填料2为纤维；并且，聚合物2分散在聚合物1中并且两者之间存在清晰的界面，填料1分布在聚合物1和聚合物2形成的界面处，填料2贯穿于聚合物2中，并且填料2的端部位于聚合物1和聚合物2的界面处
。
[0007]进一步，所述聚合物1选自聚烯烃弹性体或热塑性弹性体
。
[0008]更进一步，所述聚合物1选自：乙烯
‑
辛烯共聚物
(ORC
或者
OBC)、
乙烯
‑
丁烯共聚物
(SBS
或
SEBS)、
热塑性聚氨酯
(TPU)
或乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物
(EVA)
等
。
[0009]进一步，所述聚合物2选自聚氧化乙烯
、
聚乙烯醇或聚丙烯酰胺等
。
[0010]优选的，所述聚合物1为乙烯
‑
辛烯共聚物或乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物，所述聚合物2为聚氧化乙烯
。
[0011]进一步，所述填料1选自炭黑
、
碳量子点
、
金属团簇等导电填料或者二氧化硅
、
氧化铝纳米球
、
炭黑
、
碳点或者石墨烯量子点等
。
[0012]进一步，所述填料2选自碳纤维
、
玻璃纤维
、
玄武岩纤维或耐热型聚合物纤维等
。
[0013]优选的，所述填料1为炭黑，所述填料2为碳纤维或玻璃纤维
。
[0014]本专利技术复合材料中，聚合物2以一定的尺寸分散在聚合物1中，二者之间存在较为清晰的界面；其中，球形的低维碳材料以颗粒或者一定尺寸的聚集体分散
/
分布在两种合物的界面上，而纤维状或者棒状的碳材料则主要分散
/
分布于水溶性的聚合物2中；并且，可根据实际需要引入导电填料
、
导热填料等，进而制得具有立交桥状三维空间网络结构的空间异质型导电复合材料或导热复合材料
。
[0015]本专利技术要解决的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合材料，其特征在于，所述复合材料的原料包括聚合物
1、
聚合物
2、
填料1和填料2，其中，所述聚合物1为热塑性弹性体聚合物，所述聚合物2为水溶性热塑性聚合物，填料1为零维填料，填料2为纤维；并且，聚合物2分散在聚合物1中并且两者之间存在清晰的界面，填料1分布在聚合物1和聚合物2形成的界面处，填料2贯穿于聚合物2中，并且填料2的端部位于聚合物1和聚合物2的界面处
。2.
根据权利要求1所述的一种复合材料，其特征在于，所述聚合物1选自聚烯烃弹性体或热塑性弹性体；进一步，所述聚合物1选自：乙烯
‑
辛烯共聚物
、
乙烯
‑
丁烯共聚物
、
热塑性聚氨酯或乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物；进一步，所述聚合物2选自聚氧化乙烯
、
聚乙烯醇或聚丙烯酰胺；优选的，所述聚合物1为乙烯
‑
辛烯共聚物或乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物，所述聚合物2为聚氧化乙烯
。3.
根据权利要求1或2所述的一种复合材料，其特征在于，所述填料1选自炭黑
、
碳量子点
、
金属团簇
、
二氧化硅
、
氧化铝纳米球
、
碳点或者石墨烯量子点；进一步，所述填料2选自碳纤维
、
玻璃纤维
、
玄武岩纤维或耐热型聚合物纤维；优选的，所述填料1为炭黑，所述填料2为碳纤维或玻璃纤维
。4.
权利要求1～3任一项所述的一种复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：先将聚合物2与填料1和填料2熔融共混制得共混物，然后在所得共混物中加入聚合物1进一步熔融共混，最后进行水刻蚀去掉聚合物2；即可制得所述复合材料
。5.
根据权利要求4所述的一种复合材料的制备方法，其特征在于，聚合物1与聚合物2的质量比控制在
2:3
～
3:2
；进一步，聚合物1与填料
1、
填料2的质量比为：聚合物
1 100
重量份，填料
11
～
10
重量份，填料
2 1
～
10
重量份
。6.
复合材料用作柔性导电材料
、
柔性应变传感材料
、
柔性可拉伸电极
、
柔性导热材料或者热界面材料，其中，所述复合材料为权利要求1或2所述的复合材料，或利用权利要求4或5的方法制得的复合材料；进一步，所述复合材料用作柔性应变传感材料，所述传感材料为多响应型材料，能够同时检测拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯凯，龚涛，国家兴，刘正英，杨伟，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：