[发明专利]一种多段电响应型聚合物及其制备方法、二维智能复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多段电响应型聚合物及其制备方法、二维智能复合薄膜及其制备方法和应用，涉及智能材料技术领域。本发明将电响应基团(咔唑、三苯胺)引入聚芳胺酮/砜侧链中，使得聚合物具有多个电刺激响应电位，得到多段电响应型聚合物。本发明将该多段电响应型聚合物嵌入Mxene层状结构当中，多段电响应型聚合物可与MXene协同作用，使复合薄膜具有电刺激的智能响应，最终得到化学稳定性、机械性能和膜柔性均较好的二维智能复合薄膜。

技术领域

本发明涉及智能材料技术领域，具体涉及一种多段电响应型聚合物及其制备方法、二维智能复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

MXene是德雷塞尔大学的科学家于2011年发现的一类由过渡金属碳化物和氮化物构成的新兴二维层状材料，经过近十年的发展，MXene独特的层状结构和优异的理化性质使其在能量存储、能量转换、生物识别、传感和分离等领域展现出巨大的潜力，受到了广泛的关注。

然而，目前制备的常规MXene材料由于表面能较高、层间相互作用力较弱等原因，仍普遍存在易团聚、易氧化、韧性和稳定性不足等问题，一定程度上限制了其实际应用。为了改善这一现状，MXene复合材料应运而生。多种聚合物、金属、无机盐、纳米粒子以及有机小分子等材料纷纷通过共混改性等方式被插入MXene层间，实现了对MXene片层的功能和结构改性。其中，由于聚合物本身具有独特的长链结构和丰富的功能基团，可以更加有效地调节MXene片层表面的化学结构和层间间距，使得聚合物/MXene复合材料具有更加稳定的性能。姚忠平等将MXene与微化纤维素复合使MXene膜的力学性能更稳定并有一定的提高(参见中国专利CN202011106596.5)。

但是，随着市场需求的不断提升，很多应用领域都对材料的智能化提出了更高的要求，尽管目前开发的聚合物/MXene复合材料已经具备了较为出色的性质，却始终功能单一，限制了其实际应用和市场推广，开发更加智能的MXene复合材料势在必行。

刺激响应聚合物是一类具有“智能”行为的大分子体系，它可以接收外部环境的刺激信号，如pH值、光、温度、电压、氧化还原剂和气体等，使自身大分子结构或状态发生较大改变，从而影响其物理化学性质，进而体现出相应的功能，刺激响应聚合物在纳米材料科学、生命科学及临床医学领域中有着广泛的应用前景。现有的电刺激响应材料存在稳定性差、机械性能差等缺陷，难以推广应用。如中国专利CN106809875A公开了一种钙钛矿基多波长红外光电响应纳米材料的制备方法，该方案将经过表面处理的稀土上转换纳米粒子分散在半胱氨酸的水溶液中，加入铅的无机盐制备得到稀土上转换纳米粒子嵌入的前驱体纳米线，在一定温度下向前驱体纳米线加入氢卤酸和卤素甲胺盐的混合溶液，最终转变成纳米钙钛矿基多波长红外光电响应材料，该材料具有红外光电响应性能，但具有不稳定、柔性差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多段电响应型聚合物及其制备方法、二维智能复合薄膜及其制备方法和应用，将本发明提供的多段电响应型聚合物与MXene复合，得到的二维智能复合薄膜具有多段电刺激响应功能，化学稳定性以及机械性能好，膜柔性好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种多段电响应型聚合物，具有式I所示结构：

式I中，Z₁和Z₂独立地包括R₁包括-H、-CN、-CH₃、-C(CH₃)₃或-OCH₃；

Y₁和Y₂独立地为

优选地，所述a为0～1。

本发明提供了上述技术方案所述多段电响应型聚合物的制备方法，包括以下步骤：