[发明专利]一种光磁响应的自修复形状记忆复合材料及其制备和应用有效

专利信息
申请号: 202110209398.X 申请日: 2021-02-25
公开(公告)号: CN112980165B 公开(公告)日: 2022-04-22
发明(设计)人: 尹波;陈屹;李艳;靳兆远;杨鸣波 申请(专利权)人: 四川大学
主分类号: C08L67/04 分类号: C08L67/04;C08L75/04;C08K9/10;C08K3/22
代理公司: 成都点睛专利代理事务所(普通合伙) 51232 代理人: 刘文娟
地址: 610065 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 响应 修复 形状 记忆 复合材料 及其 制备 应用
【说明书】:

发明涉及一种光磁响应的自修复形状记忆复合材料及其制备和应用,属于功能复合材料技术领域。本发明提供一种光磁响应的自修复形状记忆复合材料,所述复合材料包括下述比例的原料:形状记忆聚合物基体100重量份,功能填料1~20重量份;其中,所述功能填料为能够同时响应光和磁刺激的填料。本发明所得光磁响应的自修复形状记忆复合材料可同时响应光和磁刺激,协同控制实现形状重构和可逆变化,同时具有优异的形状记忆辅助自修复性能。

技术领域

本发明涉及一种光磁响应的自修复形状记忆复合材料及其制备和应用,属于功能复合材料技术领域。

背景技术

形状记忆聚合物(SMP)是一种刺激响应的智能材料,它们的临时形状可以在外界刺激下改变为初始形状,例如温度、电压、湿度、光或磁场。它们由硬组分和软组分(固定相和可逆相)组成,其中硬组分负责记忆并恢复初始形状,而软组分则决定了转变温度(Ttrans,例如熔点或玻璃化转变温度)以固定临时形状。这种独特的形状可编程属性以及包括快速的形状恢复能力,低成本,出色的可加工性和易于制造等一系列优点,使SMP在诸如智能驱动器、人造肌肉、航空航天和生物医学设备等各个领域的软机器人应用中成为有吸引力的候选者。

形状记忆聚合物研究的重要分支分为两类:单向形状记忆聚合物和双向形状记忆聚合物。尽管经典的单向形状记忆聚合物已经广泛可用,但在软机器人中使用它们的主要缺点是它们缺乏可重新配置性或可循环性。目前为止,已经有文献报告了可逆双向形状记忆聚合物,如Marc Behl等报道了基于多相共聚聚酯氨基甲酸酯网络PPD-PCL的具有两种可结晶域的独立式共聚物,具有完全可逆的双向形状记忆效应(Adv Mater,2013,25:4466-4469)。但由于涉及大量的化学复杂性,双向形状记忆聚合物的开发仍然具有挑战性。单向形状记忆聚合物的形状只能在单个方向上更改,当形状记忆聚合物的临时形状在外部刺激下恢复为初始形状后,初始形状将不能再主动转变为临时形状。如果要再次实现从初始形状到临时形状的转变,则必须再次对形状记忆聚合物进行重新编程(施加外力使其变形)。因此,仅通过一种刺激,实现单向形状记忆聚合物的形状重构和可逆形状转变仍然具有挑战性。但如果形状记忆聚合物可以同时响应两个刺激,使用一个刺激来锁定形状记忆聚合物的临时形状,然后形状记忆聚合物响应另一个刺激以恢复初始形状,从而就可以成功实现初始形状和临时形状之间的循环变化,因此,单向形状记忆聚合物也可以具有形状的重构和可逆变化。

迄今为止,已经广泛研究了关于多刺激响应型形状记忆聚合物的各种努力,尤其是光和磁响应。因为光和磁场不仅可以传递复杂的响应,而且可以进行远程和精确地控制以及快速切换,所以光和磁响应已引起软机器人的广泛关注。例如,Ge等人基于载有金纳米粒子的形状记忆半结晶聚(乙烯-乙酸乙烯酯)(EVA),实现了用于机器人运动的光敏形状记忆聚合物(Angewandte Chemie International Edition,2017,56,6126-6130);Lu等人通过将聚合物接枝的金纳米棒掺杂到合成的偶氮苯液晶弹性体中,制备了用于软驱动器的紫外线和近红外(NIR)响应型形状记忆纳米复合材料(Adv Mater,2018,30,1706597)。但是它们都是仅使用光热加热从临时形状到初始形状的形状恢复的研究。而且,它们的制备通常涉及相当大的化学复杂性或繁琐的加工技术,这极大地阻碍了它们的大规模应用。

此外,制备光响应型形状记忆聚合物的方法通常有:(1)引入光敏性基团;(2)含有偶氮苯单元的聚合物的顺反式异构化;(3)采用光化学交联的方法。因而,与其他方法相比,在形状记忆聚合物中嵌入功能填料的制备方法则更加简便,该方法能够激活复合材料并赋予其复杂的功能。另一方面,这些材料在不可避免的机械刮擦后很难恢复其机械强度和功能,这将导致响应能力下降甚至整个系统的崩溃。因此,优异的自修复性能对于提高材料的稳定性和使用寿命极为关键。

至今,现有技术中尚未有“单向形状记忆聚合物可以集成多功能特性,包括多刺激响应能力,形状重构,可逆形状转变和自修复性能”的相关报导。

发明内容

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