[发明专利]一种太阳光自修复透明柔性应变传感复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种太阳光自修复透明柔性应变传感复合材料及其制备方法和应用。所述复合材料包括聚氨酯基底和涂覆在聚氨酯基底上的金属纳米线；所述聚氨酯由如下重量份数的组分组成：二异氰酸酯单体15~28份，聚乙二醇单体10~50份，含双硫键单体5~15份，交联剂0.5~2.5份。本发明提供的太阳光自修复透明柔性应变传感复合材料具有优异的透光率，对拉伸应变响应灵敏，且显示线性响应，受到划痕或断裂损伤时，在光照下可实现力学性能和导电性能的多次修复，且修复时间短，修复效率高。

技术领域

本发明属于自修复应变传感器领域，具体涉及一种太阳光自修复透明柔性应变传感复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，柔性应变传感器件的发展非常迅速，可以用来检测各种人体活动，包括较大幅度的手、胳膊和腿的弯曲移动以及较小幅度的呼吸、吞咽、发声时的肌肉振动和血压等。柔性应变传感器能有效地将外部刺激转化为可视的电信号，在人体活动检测、健康评估、柔性电子皮肤和工业机器人等领域拥有广阔的应用前景。

随着透明可视化可穿戴设备的发展，作为核心部件的柔性传感器的透明化成为发展趋势。此外，柔性应变传感器面临成本高、寿命短的难题，在使用过程中，易受到各种环境因素的影响，或受到反复的弯折、挤压或拉伸等作用，造成微损伤，导致材料的导电性能大幅降低，器件性能失效，迫切要求材料具有自修复功能，及时修复微损伤，避免元件和设备故障造成的重大事故和损失。智能自修复聚合物或聚合物复合材料能自动或者在外界条件刺激下愈合材料内外部的微损伤，保障材料的长期使用稳定性和可靠性，延长材料的使用寿命。

目前，聚合物基自修复材料依据修复物质与能量供给的方式可分为外加型和本征型自修复材料两大类。相比与外加型自修复材料，本征型自修复依靠自身化学键(共价键/非共价键)，通过光、热、磁或pH等方式进行物理或化学可逆反应，实现材料微裂纹的反复修复。太阳光自修复的能源供给来自太阳光，环境友好且廉价易得，相比于其它修复方式操作更简单便捷，属于自动修复的范畴。

因此，设计合成具有类似生物体自修复功能的透明柔性应变传感复合材料具有重要的理论和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中柔性应变传感复合材料透光率和自修复能力的不足，提供一种太阳光自修复透明柔性应变传感复合材料。本发明提供的复合材料具有优异的透光率，对拉伸应变响应灵敏，且显示线性响应，受到划痕或断裂损伤时，在光照下可实现力学性能和导电性能的多次修复，且修复时间短，修复效率高。

本发明的另一目的在于提供上述太阳光自修复透明柔性应变传感复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述太阳光自修复透明柔性应变传感复合材料在柔性传感器中的应用。

本发明的另一目的在于提供上述太阳光自修复透明柔性应变传感复合材料的修复方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种太阳光自修复透明柔性应变传感复合材料，包括聚氨酯基底和涂覆在聚氨酯基底上的金属纳米线；所述聚氨酯由如下重量份数的组分组成：

本发明的发明人通过研究发现，该特定组成的聚氨酯中双硫键可进行光可逆交换反应。具有自修复功能。除此之外，该聚氨酯还具有优异的透光度和拉伸性将其作为基底，并涂覆金属纳米线，得到的复合材料具有优异的透光率，对拉伸应变响应灵敏，且显示线性响应，受到划痕或断裂损伤时，在光照下，当断裂面重新对接后，断裂面聚氨酯涂层之间的分子链发生相互扩散，发生双硫键可逆交换反应，断裂的双硫键重新形成，从而使材料裂纹修复，银纳米线层重新搭接，进而修复材料的导电性能和力学性能，且修复时间短，修复效率高，可多次修复。

优选地，所述聚氨酯由如下重量份数的组分组成：