[发明专利]一种电响应聚合物材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种电响应聚合物材料及其制备方法与应用，所述电响应聚合物材料对于电压信号具有相应功能，在电压幅值范围为5‑20伏时，单周期响应时间小于30秒。所述制备方法包含以下步骤：a、将电响应性的单体溶于水或二甲亚砜溶剂中，室温下超声分散处理后得到溶液，加入交联剂，在室温下混合，得到具有电响应性的聚合物前驱液；b、向聚合物前驱液中添加光引发剂或热引发剂，超声分散，得到增材制造所需的打印墨水；c、固化打印墨水，得到电响应聚合物材料。所述电响应聚合物材料能够应用于制造随电信号形变的增材。本发明将电响应聚合物通过不同的改性方式使其应用于多领域的增材制造，与传统加工方式相比，有着较高的精度和较低成本。

技术领域

本发明涉及功能材料制造，具体为一种电响应聚合物材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，响应性聚合物材料凭借其可塑性、可控性、响应能动性在智能化材料领域有着越来越多的应用。其中，能够对电场刺激做出响应行为的称之为电响应聚合物材料。与其他外界刺激因素相比，电场具有较好的可控性，且电场搭建简便，成本低廉。

现有的电响应聚合物材料制备成型工艺多为大批量一体化生产，有着较高的加工效率，但存在着成型结构较为单一，成型尺寸存在误差等问题难以制备出结构可控的精细化聚合物材料结构。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种用于增材制造的电响应聚合物材料，本发明的另一目的是提供一种精度高、成本低的电响应聚合物材料的制备方法，本发明的再一目的是提供一种电响应聚合物材料应用于制造随电信号形变的增材。

技术方案：本发明所述的一种电响应聚合物材料，其特征在于：对于电压信号具有相应功能，在电压幅值范围为5-20伏时，单周期响应时间小于30秒。

上述电响应聚合物材料的制备方法，包含以下步骤：

(a)将电响应性的单体溶于水或二甲亚砜溶剂中，室温下超声分散处理后得到溶液，向其中加入交联剂，在室温下混合，得到具有电响应性的聚合物前驱液；

(b)根据增材制造所需的固化方法，向上述具有电响应性的聚合物前驱液中添加光引发剂或热引发剂，超声分散，得到增材制造所需的打印墨水；

(c)以增材制造的形式固化打印墨水，得到电响应聚合物材料。

其中，步骤(a)中，电响应性的单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、3-磺丙基丙烯酸钾、丙烯酸钠中的一种或多种。交联剂为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺、醋酸丁酸纤维素、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甲基丙烯酸缩水甘油酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或多种。

当步骤(b)中，光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮或2，2-二甲氧基-苯基苯乙酮，步骤(c)中，固化光源的中心波长为100-800纳米半导体二极管、半导体激光器、固态激光器、气体激光器、高压或超高压汞灯的一种或两种以上的任意混合。固化方式为紫外光聚合或双光子聚合。

当步骤(b)中，热引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸铵和过硫酸钾中的任意一种，固化方式为热聚合，可采用在增材制造过程中提高温度的方式实现。

为了增加电响应聚合物的柔韧性，使电响应现象更加明显，步骤(a)中加入交联剂的同时，加入丙烯酰胺或聚乙二醇，超声分散。

上述电响应聚合物材料应用于制造随电信号形变的增材。

测试其电响应性质的电极可选用石墨电极或铂金电极，电极间距控制在3-8厘米，根据需要调整电极材质、大小及间距。