[发明专利]具有自愈性和抗划性的形状记忆聚合物系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及聚合材料，更具体地涉及形状记忆聚合材料系统，该形状记忆聚合材料系统能够固定到一个或多个变形后的临时形状，并且仅在受到外部刺激的情况下回复到其初始形状。

背景技术

形状记忆聚合物(SMP)代表响应型聚合物，这种响应型聚合物能够固定到变形后的临时形状，并且仅在受到外部刺激的情况下回复到其永久(初始)形状。

发明内容

一个示例性实施方式可包括具有形状记忆聚合物和石墨烯材料的聚合物材料系统。

一种提高包括形状记忆聚合物材料的聚合系统的抗划性和自愈能力的示例性方法包括：在形状记忆聚合物材料中添加石墨烯材料。

一种示例性方法可包括：形成包括具有石墨烯材料的形状记忆聚合物材料的聚合物系统；使所述聚合物系统从其永久形状转变为临时性状；和将处于临时形状的聚合物系统联接到至少一个基板材料。通过使所述聚合物系统变回到其永久形状，所述至少一个基板材料随后可被拆分开。

通过下文提供的详细描述，本发明的其它示例性实施方式将变得清楚。应该理解的是，尽管公开了本发明的示例性实施方式，该详细描述和具体示例仅为示例性目的，而非旨在限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图，本发明的示例性实施方式将能够被更充分地理解，附图中：

图1A为根据一个示例性实施方式的聚合材料的立体图，该聚合材料具有形状记忆效应并且处于其初始永久形状；

图1B为转变为临时形状的图1A的聚合材料的立体图；

图1C为转变为临时形状并且被连接在一对基板之间的图1A的聚合材料的立体图；

图2为示出具有逐渐增大的石墨烯量的形状记忆聚合物系统的载荷-位移曲线的图表；

图3为对通过图2的图表确定的形状记忆聚合物系统的弹性模量进行比较的柱形图；

图4为对通过图2的图表确定的形状记忆聚合物系统的硬度进行比较的柱形图；

图5A示出根据一个示例性实施方式的、压痕之前的形状记忆聚合材料；

图5B示出正通过维氏压锥进行压痕的形状记忆聚合材料；

图5C示出通过维氏压锥压痕之后的图5A的形状记忆聚合材料；和

图6是通过压痕测试引入形状记忆聚合物系统中的2毫米压痕的不同点处的摩擦系数分析的图表。

具体实施方式

下面对实施方式的说明实质上仅为示例性(说明性)的，并非旨在限制本发明、其应用或用途。

首先参见图1A-1C，具有形状记忆效应(SME)的聚合材料20可被图示说明为处于其初始永久形状(如图1A中的20A所示)和第一临时形状(如图1B和1C中的20B所示)。

聚合材料20可由形状记忆聚合物22和石墨烯材料24形成，其中，石墨烯材料占聚合材料的重量百分比为约0.005至2。

根据定义，永久初始形状20A为聚合材料20没有在载荷和高温下变形时将会保持的形状，如下面将要进一步详细描述的那样。

为了从初始形状20A获得第一临时形状20B，永久形状20A可被加热到第一高温T_high，随后在应力下变形，以产生第一临时形状20B，该第一临时形状20B在可视外观上不同于永久形状20A。根据定义，第一高温T_high为足够高的温度从而确保形状记忆聚合物材料22发生相变(即超过形状记忆聚合物材料22的玻璃化温度的温度)。聚合材料20可随后在应力条件下被冷却到T_high以下，其中，该应力可被去除以固定第一临时形状20B。为了从第一临时形状20B回复到永久形状20A，聚合材料20可在没有应力的条件下被重新加热到第一高温T_high。

如本文定义的那样，石墨烯是被密实地堆叠在蜂巢晶格中的sp2键碳原子的单原子厚度平层。石墨烯材料24可包括彼此堆叠的一个或多个石墨烯层，但小于10层。

可采用微波等离子辅助化学气相沉积技术制备自支撑石墨烯(free standing graphene)。石墨烯还可通过其它化学气相技术来制造，例如热化学气相沉积(CVD)、射频等离子CVD、或直流CVD。在这些化学气相技术中，诸如乙炔或甲烷或乙烯的含碳前体可在约40至100托的沉积压力和约400至1000摄氏度的生长温度下与氢混合。石墨烯颗粒可通过硅和石墨板或者在生长温度范围内不会与碳发生反应的任何其它基板进行收集。