[发明专利]一种全固态离子导电弹性体及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种全固态离子导电弹性体制备方法，包括：将高分子单体和锂盐混合、加入光引发剂，搅拌均匀，得到混合物溶液，通过紫外光照反应，得到全固态离子导电弹性体。本发明的制备方法操作简单，反应条件温和。本发明还公开了一种由上述制备方法制备得到的全固态离子导电弹性体，在较大温度范围内具有导电性、稳定性、同时具有超高的拉伸性、断裂韧性、以及力学和电学自修复性。本发明同时公开了上述全固态离子导电弹性体在仿生软器件、柔性能量收集器件以及3D打印领域中的应用。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种全固态离子导电弹性体及其制备和应用。

背景技术

高分子材料在很长一段时期都被用作电绝缘材料，随着不同应用领域的需要以及为进一步拓宽高分子材料的应用范围，一些高分子材料被赋予某种程度的导电性成为导电高分子材料，现有的研究成果表明，导电高分子兼具有机高分子材料的柔性及半导体和金属的电性能，还具有密度小，易加工成各种复杂形状等特点，因此，高分子导电材料可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品，已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。

近年来，软离子器件(如可伸缩的触摸板、离子皮肤、离子电缆、人工肌肉等)具有良好的导电性、柔性以及生物相容性，其在生物医学、软体机器人以及人工器官等领域的广泛应用受到越来越多的关注。

期刊《Advanced Materials》(Adv.Mater.2014,26,7608-7614)报道了一种基于水凝胶的“离子皮肤”，该离子皮肤兼具可拉伸性和透明性的智能传感设备；期刊《自然通讯》(2019,10,3429-3434)报道了一种基于离子液体的具有可拉伸性、稳定的导电性及高透明性的离子导电材料。

公开号为CN109929074A的专利申请公开了一种离子导体弹性体及其制备方法和应用，该离子导体弹性体以高分子单体、水溶性聚合物和离子液体为原料，在引发剂作用下进行一步水相自由基聚合，经加工制得。该离子导体弹性体基于离子液体，应用在医疗仿生电子器件、软物质智能机器人或物联网传感设备等领域中。

经研究表明，以水凝胶作为离子导体的器件随着水凝胶中水分的蒸发，其导电性和机械性能会逐渐降低，加盐虽能减缓水凝胶水分的蒸发，但是器件仍无法长时间在空气中使用。除此之外，软离子器件常含有离子导体与介电弹性体等不同材料，由于水凝胶是亲水的导体材料，与疏水的介电弹性体之间的界面非常弱，存在器件界面易脱粘等缺陷。

基于离子液体凝胶的离子导体也存在离子液体泄漏的问题。另外，离子液体凝胶的机械性能和导电性能常难以同时满足：当添加大量绝缘柔性填料以改性刚性导电聚合物或在柔性基体中，加入导电填料较少时，会破坏原有导电逾渗网络，难以在柔性基体中形成有效电子逾渗传输通道，影响材料电学性质；如果刚性导电材料部分所占比例较高，则又会降低材料力学性能，难以实现柔性和可拉伸效果。

发明内容

本发明提供一种全固态离子导电弹性体的制备方法，制备得到的全固态离子导电弹性体不含水分，克服了导电率和机械性能之间的冲突，可长时间在空气中使用。

一种全固态离子导电弹性体的制备方法，包括：

将高分子单体和锂盐混合、加入光引发剂，搅拌均匀，得到混合物溶液，紫外光照反应，得到全固态离子导电弹性体；

所述的高分子单体为丙烯酸-2-苯氧基乙酯、乙氧基乙基丙烯酸酯、乙二醇甲基醚丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或两种；

所述的锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂；

所述高分子单体与锂盐的质量比为10～2：1。

作为优选，所述的高分子单体为丙烯酸异冰片酯和乙二醇甲基醚丙烯酸酯，所制备的离子导体的机械性能比其他组分好，并且与锂盐溶解性好，有利于聚合反应的进行。