[发明专利]一种多稳态可变刚度的智能材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多稳态可变刚度的智能材料及其制备方法与应用。所述多稳态可变刚度的智能材料包括分散相和分散介质，所述分散相均匀分散于分散介质中，所述分散相包括不同熔点的低熔点合金颗粒，所述分散介质包括弹性体。本发明提供的多稳态可变刚度的智能材料在浆料状态时存在剪切稀变和黏弹逆变的现象，可用于3D打印技术中；固化后，给予不同温度刺激其刚度可发生相应程度的改变。本发明的智能材料反应灵敏，在各个稳态下稳定性好，导热性优异，并且制备方法简单易行，成本低廉，还可作为3D打印的材料。

技术领域

本发明涉及一种智能材料，特别涉及一种多稳态可变刚度低熔点合金/弹性体复合智能材料及其制备方法与应用，属于智能复合材料领域。

背景技术

作为继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，智能材料(也称响应性材料)是一种通过设计使材料具有一种或者多种特性，能够感知外部刺激，逐渐将传统意义下的功能材料计额结构材料的界限消失，实现结构功能化以及功能多样化。一般来说，智能材料，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。

智能材料需要具备以下特征：

(1)具有感知功能，检测并且可以识别外界或内部的刺激强度，如电、光、热、应力、应变、化学等等；

(2)具有驱动功能根据外界的变化；

(3)可以按照设计的方式选择和控制响应；

(4)反应灵敏，及时且精准；

(5)外部消除后，能够迅速恢复到原始状态。

低熔点合金，由铅、镉、锡、锑、锡、铟、铋等低熔点金属元素组成，其熔点温度一般低于200℃，且对温度变化非常敏感。当外来的原子进入该晶体的时候，金属键会遭到破坏，金属内部出现排列混乱的状态，金属内能增大，导致熔点降低。在施加热场后，低熔点合金分子之间的相互作用力减小，宏观上表现为在短时间从固态融化为液态；撤去热场后，液态的低熔点合金又可在较短的时间内转变回固态。低熔点合金是一种发展潜力巨大的智能材料，其制造工艺简单，制造成本低，反应速度灵敏，在柔性机器人和软制动器等方面有广阔的应用背景。

专利CN105349866A公开了一种熔点为40～60℃的低熔点合金及其制备方法，其成分包括铟、铋、锡、镓以及少量的铅或镉。这种低熔点合金制备工艺简单，以相变形式应用于低温场合，可在大气环境下进行合成，制作成本低，增大了液态金属热界面材料的范围。同时，在较低温度呈固态状，随着升温的过程逐渐变为液态，无法成型。

专利CN110218329A公开了一种通过温敏控制的聚硅氧烷以及相关应用，改性后的材料从低温状态到高温状态，其机械性能在某一特定温度内可以发生明显变化。由于材料可以快速的在两种稳态进行切换，其发明特别是用于制备温敏性快速定型材料，用于外科医用固定材料、矫正材料等等。

专利CN110746940A公开了一种柔性多级相变储能材料及其制备方法，该材料相转变温度有多级性。该专利采用的相变材料为有机物，且基材为热塑性弹性体和热塑性树脂，不适用于3D打印增材制造中。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多稳态可变刚度的智能材料及其制备方法与应用，从而填补现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种多稳态可变刚度的智能材料，其包括分散相和分散介质，所述分散相均匀分散于所述分散介质中，所述分散相包括低熔点合金颗粒，所述分散介质包括弹性体。

进一步地，所述分散相包括不同熔点的低熔点合金颗粒。

进一步地，所述智能材料中低熔点合金颗粒的熔点低于200℃，优选为30～70℃。