[发明专利]一种电场磁场下响应的传感材料及其制备方法

说明书

技术领域

该发明涉及本发明涉及一种电场磁场下响应的传感材料，是一种PDMS/PVA的多层高分子凝胶，属于功能高分子材料领域。

背景技术

过去的几年里，人们开始对新型智能材料的开发产生了极大的兴趣。这些新型的智能材料包括生物材料、自组装材料、复集合流体材料以及高分子凝胶等；但是人们发现还没有哪种智能材料能像高分子凝胶智能材料那样可以对多重的外场刺激产生响应。这些外场刺激通常包括温度、溶剂、pH值、离子、分子、光、电、磁等。同时这种材料对外场响应时可以产生多种变化，包括体积的膨胀收缩、力学性能的变化、光电性质的变化等。在过去的时间里，人们已经在智能高分子凝胶领域取得了重要的进展。具有电磁响应的胶体粒子能够与高分子凝胶形成复合物。这些胶体粒子可以使高分子凝胶在外场刺激时发生形变。当施加电场或磁场时，高分子凝胶的形状发生变化，当撤去外场时，形状回复原样。基于这些特点．电磁响应的智能材料可以用来设计成新型的驱动器、阀、马达，以及药物输运装置。

智能材料在外界环境或内部状态发生变化时能对之做出适当的反应并能产生相应的动作，是可以作为人造肌肉的驱动材料。目前可以用作人造肌肉的材料主要有导电橡胶、导电高分子、压电陶瓷、碳纳米管、高分子凝胶等。但由于材料本身的限制使其均存在一定的缺陷，例如导电橡胶驱动电压太大，导电高分子、压电陶瓷的形变量太小，水凝胶的响应速度太慢等等。日前人们致力于发展新型的人造肌肉材料，它应具备最基本的两个条件：(1)响应速度快；(2)可以方便地控制材料的驱动。现在的驱动材料大都是依靠材料本身体积的变化来实现驱动的，例如导电高分子、水凝胶、碳纳米管等，而动物的肌肉组织通常都是因发生形变而达到驱动的效果。因此，设计和发展类似肌肉组织的因形变而达到驱动效果的新型材料将成为一种新的需求。高分子凝胶是由液体和高分子网络构成，液体被封闭在高分子网络内，由于液体和高分子网络的柔和性以及对周围环境变化的响应性，使高分子凝胶在人造肌肉材料的选择中，成为最侍的选择之一。目前电场与磁场是最容易进行信号控制的手段，因此，发展新型的能够对电场和磁场进行响应的高分子凝胶、高分子流变体等是我们目前重点发展的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种电场磁场下响应的传感材料及其制备方法，本发明采用廉价易得的材料制备出相互作用性很强并且具有电场、磁场响应性的粒子填充到聚合物的网络中，所形成的复合凝胶，能够提供稳定的网络结构。

技术方案：一种电场磁场下响应的传感材料,其特征在于：包括中间的聚酯无纺布支撑层和对称设置的PDMS/PVA多层复合膜，所述支撑层两侧为50μmPVA多孔底膜，所述底膜外侧为两层10-20μm的PDMS选择层。本发明的关键在于采用廉价易得的醇透材料PDMS，制备出具有PDMS/PVA/无纺布/PVA/PDMS多层复合高分子凝胶，其特征在于聚乙烯醇凝胶能够提供稳定的网络结构，而成为非常好的可以与其他物质进行复合的材料，PVA高分子与PDMS高分子链之间很好的缠绕在一起，形成稳定的复合凝胶结构。

所述的传感材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将PVA溶于有机溶剂，配制浓度为10~20%的PVA溶液，在55~85℃下搅拌均匀，过滤，脱泡，在聚酯无纺布的一侧直接刮膜，水为凝胶浴，采用浸没沉淀相转化法得到无纺布支撑的50μmPVA多孔底膜，待溶剂交换彻底彻底后，用乙醇浸泡底膜5-10min,自然晾干；然后以同样的方法在无纺布另一侧制得50PVA多孔底膜，乙醇浸泡底膜5-10min,自然晾干；

b)将质量比为40：2：1的PDMS、交联剂、催化剂二月桂酸二丁基锡溶于有机溶剂中，配制成重量百分百数10%~30%的溶液，搅拌均匀，在未发生凝胶前将支撑PVA底层凝胶置于溶液中1~10min，取出后自然晾干，以交联完全，PDMS选择层凝胶厚为10~20μm。

步骤a中的有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，磷酸三乙酯，N-甲基吡咯烷酮中任意一种。

所述的PDMS选择层粘度为5000~50000mPa*s。

步骤b中所述溶剂为正庚烷、正已烷、四氢呋喃中的任意一种。

步骤b中所述交联剂为甲级三丁酮肟基硅烷，乙烯基三丁酮肟基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，三甲基乙氧基硅烷中的一种或多种组合。