[发明专利]一种具有异质双开关的导电型形状记忆高分子复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于柔性传感材料领域，特别涉及一种具有异质双开关的导电型形状记忆高分子复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

自从20世纪50年代最早开始，形状记忆材料以其独特的性能引起了科研学者的极大兴趣。形状记忆高分子(Shape memory polymer)能够在外界的刺激下做出响应的一类智能材料。形状记忆高分子具有高精准度的形状回复，当它的初始形状发生变化成另外一个形状后，高分子在外界条件变化(如温度，湿度，光，电磁等)的刺激下从而产生感知，并做出相应调整使其最终恢复至原始形状。形状记忆高分子具有形变量大、易赋形、加工容易、响应可调节、质量轻、价格低廉、种类丰富等诸多优点，因此该类材料在智能传感、生物医疗、航天航空、智能纺织、柔性电子设备、自愈合材料等领域具有广阔的应用前景。

目前形状记忆高分子的发展迅猛，形状记忆高分子材料根据形状回复原理的不同，其大致可分为热响应型、电/磁响应型、光响应型、化学感应型。其中热响应型形状记忆高分子的运用最为普遍。例如中国专利CN 105622888 A本发明公开了一种高强度、低响应温度形状记忆高分子材料的制备方法。采用该方法制备得到的形状记忆高分子材料响应温度低，优异的力学性能和形状记忆功能。如中国专利CN 101560302 A公开了一种具有双向形状记忆效应的液晶弹性体或纤维及其制备方法，双向形状记忆高分子材料其具有双向形变量大、对温度刺激反应灵敏、形变响应温度低,易调节的优点。热响应型形状记忆高分子更是被广泛应用到航天航空、医疗器械、建筑材料等领域。

随着形状记忆材料的发展，其它响应类型的形状记忆高分子材料也备受人们的关注，其中水响应型的形状记忆高分子的研究引起了极大多数研究者的兴趣。由于它的刺激响应类型简单安全，特别是对于医学领域的材料发展有很好的优势性。在国内外吸引了许多研究者，其中最早2006年新加坡南洋理工大学以玻璃化转变温度为开关的形状记忆聚氨酯材料(参见Yang B, Huang WM,Li C,Li L，Effects of moisture on the thermal mechanical properties of polyurethane shape memory polymer.Polymer 2006,47(4):1348-1356),紧接着 2012年香港理工大学利用纳米纤维晶须作为纳米填料与高弹性高分子相结合得到快速水响应型材料(参见Zhu Y,Hu JL,Luo HS,Young RJ,Deng LB,et al. Rapidly switchable water-sensitive shape-memory cellulose/elastomer nano-composites.Soft Matter,2012,8:2509-2517.)。另外香港理工大学巧妙地将纳米纤维晶须和热响应型形状记忆高分子相结合得到同时具有水热响应的异质双开关的复合材料(参见Luo HS,Hu JL,Zhu Y.Polymeric shape memory nano-composites with heterogeneous-twin-switches.Macromol Chem Phys 2011；212:1981–1986).

近些年，形状记忆高分子材料的发展不再是单一性，其中将形状记忆高分子材料与导电填料(如碳纳米管、石墨稀、纳米金属、碳纤维、金属粉末等)相结合制备水、热、光、电等响应型的新型柔性传感材料。如广东工业大学罗洪盛教授将碳纳米管(CNTs)分别和热响应型形状记忆高分子(SMPU) 相结合实现了一类全新的水和电多重刺激的机制的具有形状记忆功能的导电高分子纳米复合材料(参见H.Luo,Z.Li,G.Yi,et al.,Multi-stimuli responsive carbon nanotube-shape memory polymeric composites,Mater.Lett.137(2014) 385–388)。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种具有异质双开关的导电型形状记忆高分子复合材料。该复合高分子材料具有热、水的刺激响应性能，其中纤维素纳米微晶作为水响应开关，形状记忆高分子作为热响应开关。