[发明专利]一种低压驱动电致形状记忆复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及先进功能材料的制备技术领域，具体涉及一种低压驱动电致形状记忆复合材料的制备方法。

背景技术

形状记忆高分子是一种在外界刺激条件下能回复至初始形状的智能材料。电致型形状记忆材料，即在外界电压刺激下即可发生回复，相比于其他类型刺激响应具有易于控制、可远程驱动、响应速度快等特性，在智能仿生机器人、人造肌肉及传感器等领域具有广阔的应用前景。

由于大多数形状记忆高分子为绝缘材料，一般通过向热致型形状记忆高分子基体中添加导电填料或采用在其表面镀导电膜的方式制得电致型形状记忆复合材料。表面镀膜虽较好地改善复合材料的导电性，但只能在材料表面生热，因此受限于高分子基体的厚度。相比之下，向基体中添加导电填料能获得更均匀的导电性。但简单的物理共混方式使得导电填料在基体内趋于团聚导致电导率降低。为降低驱动电压而增加导电填料份数，不仅使得填料在基体中的分散程度更难提高，且对基体的形状记忆效应造成影响，因此往往需要较高的驱动电压。而通过在基体内部构筑三维网络的方式既可改善填料的分散问题，又能大大降低填料份数，实现复合材料的低压快速驱动。

石墨烯、碳纳米管、银纳米线、银纳米粒子等是常用的纳米导电填料。其中，银纳米线是一种具有高长径比的一维纳米材料，具有优异的导电性，且制备方法已较成熟。通过热致型形状记忆高分子基体中构筑银纳米线三维导电网络，实现了在较低的导电填料份数下的低压驱动。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种低压驱动电致形状记忆复合材料的制备方法。该方法通过简单有效的工艺使得导电填料在高分子基体材料中能更有效地分散，制备的低压驱动电致形状记忆复合材料克服了因材料内部导电填料分散程度低或网络结构不稳定而整体导电性不佳导致的驱动电压较高、回复速度较慢的问题。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种低压驱动电致形状记忆复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将三维多孔材料浸渍于银纳米线分散液中，取出，干燥，组装形成三维银纳米线导电网络；

（2）将形状记忆高分子基体材料通过真空浇铸与三维银纳米线导电网络混合，再经过高温固化，得到低压驱动电致形状记忆复合材料。

进一步地，步骤（1）中，所述三维多孔材料为具备规整完善孔洞的多孔结构材料，其中孔洞的孔径为10μm-500μm。

进一步地，步骤（1）中，所述三维多孔材料包括商用海绵、天然海绵和医用海绵中的任意一种。

进一步地，步骤（1）中，所述银纳米线为采用多元醇法或水热合成法制备的长径比为100-1000的银纳米线。

进一步地，步骤（1）中，所述银纳米线分散液的浓度为1-10mg/mL。

进一步地，步骤（1）中，所述银纳米线分散液的溶剂包括乙醇。

进一步地，步骤（1）中，所述浸渍的时间为1-30分钟。

进一步地，步骤（1）中，所述干燥是在50-100℃鼓风干燥0.5-2h。

进一步地，步骤（2）中，所述形状记忆高分子基体材料为热致型形状记忆高分子材料。

进一步地，步骤（2）中，所述形状记忆高分子基体材料包括环氧树脂、聚氨酯、反式-1，4-聚异戊二烯、聚乳酸和聚己内酯中的任意一种。

进一步地，步骤（2）中，所述真空浇铸是将三维银纳米线导电网络浸入到形状记忆高分子基体材料中（常温下呈液态，一般为基体和交联剂的混合物或基体的有机溶液中），因导电网络的三维多孔结构可吸附高分子基体，随后将其一并放置在真空烘箱中抽真空5-30分钟，使形状记忆高分子基体材料充分填充整个三维银纳米线导电网络。

进一步地，步骤（2）中，所述高温固化是在温度100-150℃的烘箱中固化3-6h。

进一步地，重复步骤（1）的操作1-10次，通过浸渍不同次数控制低压驱动电致形状记忆复合材料中银纳米线的含量。

进一步地，制备的低压驱动电致形状记忆复合材料中，银纳米线占形状记忆高分子基体材料的质量分数为0.1-3wt%，即为银纳米线的含量。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点与技术效果：

（1）本发明制备方法通过在三维多孔材料基体内部构筑三维银纳米线导电网络，使得导电填料份数降低，复合材料的电导率大大提高；即在保证形状记忆材料基体的基本形状记忆效应的同时，实现了电致型形状记忆复合材料的低压快速驱动；