[发明专利]一种自修复碳纳米管-有机硅复合弹性体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自修复碳纳米管‑有机硅复合弹性体及其制备方法和应用。本发明所述自修复碳纳米管‑有机硅复合弹性体原料包括氨基封端的聚二甲基硅氧烷、二异氰酸酯和羧基化碳纳米管，复合弹性体中形成可逆的强弱多重氢键，不仅可以作为弱动力键消耗应变产生的能量，使弹性体表现出优异拉伸性能，而且还可以快速修复裂纹，拥有优异的自修复性。同时，羧基化碳纳米管的引入进一步增强了氢键作用，赋予了应变传感器优异的导电性及灵敏的传感性能。本发明通过碳纳米管‑有机硅弹性体中强弱氢键的交联机制，可制备高修复效率、优异拉伸性能及高灵敏度的柔性应变传感器。

技术领域

本发明涉及柔性应变传感器技术领域，更具体地，涉及一种自修复碳纳米管-有机硅复合弹性体及其制备方法和应用。

背景技术

柔性应变传感器是一种利用柔性材料制备的具有超强环境适应性的电子器件。随着智能终端及移动互联网的快速发展，柔性传感器因其柔韧性强及集成度高等特点而被广泛开发和应用。柔性应变传感器传统上由柔性基底与导电填料组成，而基底材料的选择对柔性传感器的灵敏度及柔韧性能有很大的影响。目前传统柔性应变传感器灵敏度低、无法自修复以及拉伸性能差等缺陷，限制了其在医疗保健、可穿戴电子设备和软机器人等领域的应用。

相比于传统的柔性传感器，自修复柔性传感器可增强电子器件的使命寿命、提高数据信息的可靠性及稳定性。专利CN105111470B一种可逆共价交联聚硅氧烷弹性体及其制备方法与应用提供通过含氨基聚硅氧烷衍生物与扩链剂含醛基的直链单体进行缩合反应制备具有可逆性的Diels-Alder共价键，实现聚硅氧烷弹性体的自修复。但是该弹性体采用的共价键交联的弹性体柔性差，自修复条件要求高，并且制备的柔性应变传感器存在灵敏度低等问题，在灵敏度、柔性、自修复性能等方面还有很大的提升空间。鉴于此，本发明提供了一种可自修复的碳纳米管-有机硅弹性体及其制备工艺，基于强弱多重氢键修复机理的有机硅弹性体实现了高修复效率和优异的拉伸性，碳纳米管的引入赋予了弹性体导电性，使其在柔性应变传感器领域有巨大的应用潜力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前传统柔性应变传感器灵敏度低、无法自修复和拉伸性能差的不足，提供一种自修复碳纳米管-有机硅复合弹性体。

本发明要解决的另一技术问题是一种自修复碳纳米管-有机硅复合弹性体的制备方法和应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种自修复碳纳米管-有机硅复合弹性体，所述碳纳米管-有机硅弹性体的原料以重量份计，包括聚二甲基硅氧烷95～105份、二异氰酸酯4～5份、催化剂3～4份、氯仿溶剂150～200份和四氢呋喃溶剂120～140份，羟基化碳纳米管为有机硅弹性体质量的1～6％。

优选地，所述碳纳米管-有机硅弹性体的原料以重量份计，包括聚二甲基硅氧烷100份、二异氰酸酯4份、催化剂3份、氯仿177份和四氢呋喃133份，碳纳米管为有机硅弹性体质量的5％。

进一步地，所述聚二甲基硅氧烷为氨基封端的聚二甲基硅氧烷，其数均分子量为2500～5000；所述碳纳米管为羧基化的多壁碳纳米管。

有机硅弹性体中形成的可逆多重氢键不仅可以快速修复裂纹，而且还可以作为弱动力键消耗应变产生的能量，使弹性体表现出优异的修复性能和拉伸性能。当材料受外力损坏后，产生的裂纹会随着分子链热运动和可逆氢键的重构而逐渐消失。碳纳米管-有机硅弹性体在加热条件下其分子链运动程度增加，有助于氢键的重新结合，可进一步提升其修复效率。

进一步地，所述催化剂包括三乙胺、二月桂酸二丁基锡和二甲胺的一种或多种。

进一步地，所述二异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的一种或多种。

根据上述自修复碳纳米管-有机硅复合弹性体提供其制备方法，步骤包括：