[发明专利]一种自修复型MXene/聚氨酯热电复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种自修复型MXene/聚氨酯热电复合材料及其制备方法，通过预处理丝瓜络纤维骨架和MXene杂化形成的三维相互搭接网络结构，并在聚氨酯的聚合过程中植入该网络结构和自修复微胶囊，所制得的复合材料具有较高的塞贝克系数、热电优值以及较好的力学性能；自修复微胶囊作为功能材料，可以实现对损伤的自动响应以及对导电网络进行自修复；本发明复合材料可应用于导电复合材料、弹性导体或热电材料。

技术领域

本发明涉及聚合物复合材料技术领域，具体涉及一种自修复型MXene/聚氨酯热电复合材料及其制备方法。

背景技术

随着全球工业化进程的加快和人口的高速增长，世界范围内能源消耗也在不断增加，然而地球上的能源又是有限的，一些传统的不可再生能源，如煤、石油、天然气等开始日益枯竭，能源短缺问题日益突出，已成为每个国家不容忽视的问题。为了缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾，研究和开发新型可再生清洁能源和新型高效能量转换与存储技术已经迫在眉捷。目前可再生能源，如：太阳能、风能、水能等的开发和利用已经取得了较大的进展，但这些能源技术仅供应全球消耗的电能的一部分。一种潜在的可以大规模开发的可持续发展的“绿色”能源是热能。据统计世界范围内约有60％的能量以废热的形式被浪费掉。家庭采暖、汽车排气和工业生产等过程中都会产生大量未被充分利用的废热。寻找一种经济有效的技术实现废热向其它形式能源的转化，已经成为目前全球亟待解决的问题。在这样的背景下，热电能量转换技术作为能源转换的新型技术得到全球高度重视。

热电材料是一种通过固体内部载流子(空穴或电子)的输运实现热能和电能之间直接转换的功能材料。使用热电材料制备的热电发电器件和热电制冷器件由于具有体积小、无振动、无噪音、无污染、无磨损、免维护等特点，具有独特的优势。在当前热电材料的研究及应用领域中，无机半导体材料的热电性能较为理想，研究也较为广泛。但目前的无机热电材料一般存在着原料价格昂贵、加工工艺复杂、重金属污染等缺点，极大的限制了无机热电材料的发展和应用。随着研究手段和技术的进步，关于热电材料的探索也愈加广泛和深入，研究方向大致可分为两方面：一方面是研究含低维纳米结构的热电材料，例如含纳米结构的块体热电材料和薄膜超晶格等；另一方面是寻找更加“绿色”的新型热电材料，其中导电聚合物热电材料、以及导电聚合物基复合热电材料已成为研究新热点。近年来，随着导电聚合物热电材料研究的迅猛发展，其作为一种潜在的新型热电材料越来越引人注目。与无机半导体热电材料相比，导电聚合物基复合热电材料具有原材料成本低、加工简单等优点，此外它们的热导率较低，比一般的无机半导体材料(如：Bi-Te基合金和Sn-Se基合金)要低一到两个数量级。此外，与无机热电材料相比，导电聚合物基热电材料的较突出优点是更有利于柔性热电器件的制备。

最近，MXene作为一类新的二维层状过渡金属碳化物材料大家族受到了广泛的关注。作为一种典型的MXene，通过Ti₃AlC₂蚀刻所得到的Ti₃C₂T_x具有4600S/cm优异的导电性能。对于MXene这类新型的二维材料，其除了拥有所有其他二维材料具有的优异的结构和物化特性外，MXene同时还具有其众多的独特的性质：MXene表面含有大量OH和O官能团，具有亲水性的同时易与其他表面建立相互作用；具有导电性；表面暴露的金属位点使得MXene可能比碳基材料具有更强的吸附和活化性质；通过调节组分和表面官能团可以调节其电子结构。

聚氨酯是一种有机多功能材料，它是由异氰酸酯与多元醇经过化学反应所制得的带有-NHCOO-重复结构单元的一类大分子聚合物的总称。由于聚氨酯具有耐油性、导热性、易加工性等优异的性能而被广泛的应用于建筑业、医疗行业、汽车行业等，聚氨酯材料与我们的日常生活密不可分。聚氨酯分子结构具有多样性，因此可以通过选取不同种类和配比的原料来生产出性能各异的聚氨酯材料，主要包括聚氨酯弹性体、聚氨酯硬质泡沫、聚氨酯软泡、聚氨酯水性涂料、合成革及胶黏剂等材料。