[发明专利]包含离子偶极子的聚合物组合物

说明书

描述了介电聚合物、制造介电聚合物的方法及其用途(例如压电传感器和/或压电驱动器)。所述介电聚合物可以包括衍生自至少一种可聚合乙烯基单体的聚合物基体(例如，苯乙烯和丙烯腈SAN的共聚物，或前者与甲基丙烯酸甲酯MMA‑SAN的三元共聚物)和离子液体，所述离子液体包含有机阳离子和平衡阴离子(例如，1‑丁基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸盐BMMM‑PF6)。所述离子液体与至少一种可聚合乙烯基单体相容，并且在介电聚合物组合物中离子液体的浓度可以为0.5重量％至小于30重量％。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月28日提交的美国临时专利申请第62/247482号的优先权权益；所述申请的全文通过引用并入本文。

背景技术

A.技术领域

本发明一般涉及包含聚合物基体和离子液体的介电聚合物组合物。具体地，本发明涉及衍生自至少一种可聚合乙烯基单体和包含有机阳离子和平衡阴离子的离子液体的聚合物基体。离子液体与至少一种可聚合乙烯基单体相容，并且介电聚合物组合物中离子液体的浓度可以为0.5重量％至小于30重量％。

B.相关技术的描述

压电材料是自动控制系统、测量和监控系统的机电换能器(传感器和执行器)的关键部件。目前，由于其高压电响应和低输入电压要求，锆钛酸铅(PZT)和钛酸钡是最常见的压电材料。然而，这些材料沉重、易脆、造成一些环境挑战(例如铅毒性)，并且在商业规模上生产困难且昂贵。另一方面，基于偏二氟乙烯的压电聚合物通过提供机械灵活性、易于处理而解决这些问题中的部分问题，然而，其同样受限于低的压电响应和高的输入电压，所以已经提出了与输入电压要求相关的问题的替代解决方案是在离子电活性聚合物(EAP)致动器中使用基于离子凝胶的离子EAP(导电聚合物)。举例来说，Watanabe等人在“Ion GelsPrepared by In situ Radical Polymerization of Vinyl Monomers in an IonicLiquid and Their Characterization as Polymer Electrolytes”,J.Am.Chem.Soc.2005,127,4976中描述了相容性乙烯基单体在室温的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(EMITFSI)中的原位自由基聚合，以得到聚合物电解质。通过在少量交联剂的存在下在EMITFSI中使甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚合而获得的聚合物凝胶来产生离子电导率为10^-2S.cm^-1的自立式柔性透明膜。离子凝胶致动器的操作由离子的扩散和迁移来驱动，其需要高离子液体负载(约70重量％)以达到期望的电导率。尽管离子EAP需要低电压来激活(例如1V至2V)，但由于离子迁移，它们在响应速度方面受损。压电材料的操作受偏振变化控制，这表现在其快速的响应中。这些材料能够在去除DC电压时维持极化强度(剩余极化强度)。这些聚合物基材料面临的最大挑战是需要高的输入电压(50V/μm至150V/μm)用于极化，而这是一个关键的安全问题。

发明内容