[发明专利]一种原子层级叠层复合电驱动变形材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种形状记忆聚合物与原子层石墨烯叠层复合的电驱动变形材料及其制备方法，属于智能材料技术领域；该复合材料可以为单叠层结构或多叠层结构，单叠层结构由环氧树脂基形状记忆聚合物层、少原子层石墨烯层和电极端构成，多叠层结构由多个环氧树脂基形状记忆聚合物层、多个少原子层石墨烯层和电极端交叠构成。本发明智能响应材料结构简单，电导和热导可控，响应和回复速度快，易用于电驱动回复变形构件。

技术领域

本发明涉及电驱动智能材料技术领域，特别是形状记忆聚合物/原子层级石墨烯层复合的电驱动变形材料及其制备方法。

背景技术

形状记忆聚合物（SMP）作为一种高分子材料，在一定条件下将其变形为临时形状并固定后，可以在外部物理长如热、光、磁场等刺激下回复到初始形状。

常规SMP都是树脂类聚合物，本身电绝缘、导热性差，变形时需要附加加热装置。为了提升SMP的可控性，在SMP基底中添加炭黑、碳纳米管、碳纤维等材料，使SMP具有一定的导电性，从而可以利用焦耳热来控制驱动器变形。例如：专利CN112960105A设计了一种连续碳纤维增强形状记忆聚合物变形材料，使用至少一根非直线型排列的连续碳纤维和导电颗粒来实现可设计电阻。专利CN109228302A设计了一种基于3D打印的电驱动形状记忆聚合物片层，结合3D打印技术，在聚合物基层上分布多个加热基点。专利CN112898756A采用银纳米线构成导电网络，并嵌入形状记忆聚合物，得到生物相容性好、可生物降解的电响应形状记忆复合材料。专利CN109280336B采用真空抽滤的氧化石墨烯膜热压附着于形状记忆聚合物表面，实现了多重驱动回复变形。专利CN105802188A设计了一种碳纳米管/形状记忆聚合物复合材料，其中碳纳米管既作为复合材料的增强体，又可作为电加热体。

上述方法获得的形状记忆聚合物均可一定程度上实现电驱动控制，但碳纳米管、银纳米线、炭黑等导电添加物都不易均匀分布，常需要较高的导电填料填充量，而影响SMP基体的连续性；同时聚合物导电性和导热性的控制也难以大面积控制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种形状记忆聚合物与化学气相沉积的均匀少原子层石墨烯叠层复合的电驱动变形材料及其制备方法，该材料利用原子层厚度的石墨烯在SMP上形成均匀的导电、导热层，可以在导电材料极低添加量的条件下实现SMP整体均匀加热，快速响应回复变形的目的。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

首先，本申请提供了一种原子层级叠层复合电驱动变形材料，该变形材料一层叠层结构；所述叠层结构包括上层石墨烯层、下层环氧树脂基形状记忆聚合物层和两个电极；所述两个电极分别覆盖设于石墨烯层上表面的两端；

所述环氧树脂基形状记忆聚合物是由环氧树脂E51、聚硫橡胶、氨乙基哌嗪和正丁基缩水甘油醚按照质量比100∶16-35∶24∶20混合后获得。

优选的覆盖于石墨烯层上表面的单个电极宽度与石墨烯层相同，长度不超过石墨烯层长度的10%，且不小于0.2 mm。

其次，本申请提供了一种多层原子层级叠层复合电驱动变形材料，该变形材料包括至少二层叠层结构，所述二层叠层结构之间通过环氧树脂基形状记忆聚合物粘合连接；所述多层原子层级叠层复合电驱动变形材料的两端设有导电材料，并于叠层结构的电极连为一体；

所述叠层结构包括上层石墨烯层、下层环氧树脂基形状记忆聚合物层和两个电极；所述两个电极分别覆盖设于石墨烯层上表面的两端。

优选的，覆盖于单个叠层结构石墨烯层上表面的单个电极宽度与石墨烯层相同，长度不小于0.2 mm。电极过长，将影响叠层结构材料整体变形性能，因此在实践中，单个电极长度以不超过石墨烯层长度的10%为宜。

第三，本发明同时提供了上述原子层级叠层复合电驱动变形材料的制备方法，其具体步骤如下：