[发明专利]PDES在耐压缩自修复三维立体传感器中的应用、三维立体传感器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了PDES在耐压缩自修复三维立体传感器中的应用、三维立体传感器及其制备方法与应用，本发明所述的PDES选取丙烯酰胺、氯化胆碱、马来酸为构成单体，这些单体可在光固化3D打印机的紫外光激发下发生共聚，形成致密导电的聚合物网络结构，可用于制备出基于3D打印的超强耐压缩自修复三维立体传感器。本发明所制备的耐压缩自修复三维立体传感器具有高紫外透明效果，在外力的作用下表现优异的扭曲效果、拉伸效果以及压缩效果，还具有稳定的机械压缩性能与电信号传递性能以及优异的自修复功能和导电性能，在无人驾驶、智能检测等领域具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，更具体地，涉及PDES在耐压缩自修复三维立体传感器中的应用、三维立体传感器及其制备方法与应用。

背景技术

3D打印以其个性化定制，三维几何结构自由设计，材料利用率高，快速制备等优点成为渗透进各行各业的万能工具。但是，现有3D打印技术还存在诸多局限性，如打印材料的种类少，特别是柔性导电打印材料更为缺乏。然而3D打印柔性导电材料对于软体机器人、生物医疗、柔性传感器、人机交互等智能设备的应用研究却是必不可少的。纵观已有研究不难发现，可用来3D打印的柔性导电材料在外力的作用下极易发生破损，则自修复功能的引入对于提高其使用寿命显得尤为迫切。但自修复性能与优异的机械性能难以兼得。所以兼具高压缩性与自修复性能的3D打印柔性导电材料仍是目前的研究热点。

现有研究为丰富柔性3D打印材料的种类，探索了共聚酯类、硅橡胶树脂、碳纤维、液晶材料、糖骨架等弹性材料，但这类材料的使用极大地牺牲了打印成品的透明性，限制了其光学应用范围。在此基础之上，3D打印水凝胶兼具柔性与透明的特性可以很好地弥补这一缺陷，但众所周知，富含水分的水凝胶在机械压缩性能及其性能保持方面还有很大的欠缺。大量水分的存在使其很难承受过大的外界压力，且伴随着水分的流失，水凝胶会变得越来越脆，直至很小的压力就可使其结构破损，严重影响其应用的服役时间。为赋予3D打印成品超高的机械压缩性，3D打印气凝胶的存在可进一步改善水凝胶机械性能的不足。但是气凝胶自身不具有一定的自修复效果，无法修复在持久压缩作用下产生的低维缺陷，因而制品也极易损坏。由此看来，3D打印强压缩自修复弹性体仍是一个巨大的挑战。

近年来，3D打印技术的发展为传感器的制造提供了新的思路，目前现有传感器技术大多基于微纳米级的三维结构，宏观研究多基于简单的二维或一维组装，这极大的限制了传感器空间结构的发展，相比较而言，在宏观三维一体传感中的探索相对较少，其主要受限于以下几个方面：一是材料自身的机械强度无法成型，基于组装型的三维立体传感器其机械稳定性与结构稳定性具有很大的提升空间；其二是现有工艺技术很难满足高复杂三维结构的构建，通用的模板铸造法在构建立体框架及镂空结构面前显得力不从心；其三是3D打印技术可以弥补制作工艺的不足，但如若要实现三维立体传感器的构建对材料与工艺的匹配提出了更高的要求，其成型速率、成型精度、成型后支撑效果以及一体导电传感效果等仍是有待进一步突破的研究重点。由此看来，3D打印的三维立体传感器仍有很大的研究价值。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供可聚合低共熔溶剂(PDES)在制备3D打印耐压缩自修复三维立体传感器中的应用。本发明所述的PDES是由氢键供体和氢键受体组成的聚合物网络，该PDES选取丙烯酰胺、氯化胆碱、马来酸为构成单体，这些单体可在光固化3D打印机的紫外光激发下发生共聚，形成致密导电的聚合物网络结构，可用于制备出基于3D打印的超强耐压缩自修复三维立体传感器。

本发明的另一目的在于提供3D打印耐压缩自修复三维立体传感器中的制备方法，该制备方法简单快速，成本低无污染，PDES与光固化3D打印机的完美结合使得其打印精度取得出色的效果，可实现的高精度遥遥领先水凝胶所能达到的打印精度水平，这将为高精密柔性传感器件的打印提供先决条件。

本发明的另一目的在于提供3D打印耐压缩自修复三维立体传感器，其具有高紫外透明效果，在外力的作用下表现优异的扭曲效果、拉伸效果以及压缩效果，还具有稳定的机械压缩性能与电信号传递性能以及优异的自修复功能和导电性能。