[发明专利]一种光热驱动的形状记忆纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于形状记忆高分子复合材料领域，具体涉及一种光热驱动的形状记忆纳米复合材料及其制备方法和应用。其中，光热驱动的形状记忆纳米复合材料，所述形状记忆纳米复合材料包括环氧树脂基体和分散于环氧树脂基体中的二维MXene纳米填料。本发明的光热驱动的形状记忆纳米复合材料具有快速光响应效果，形状回复性能佳。

技术领域

本发明属于形状记忆高分子复合材料领域，具体涉及一种光热驱动的形状记忆纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

形状记忆聚合物(shape memory polymers,SMPs)是一种可智能变形的刺激响应型材料，当其暴露于热、电、光、水和交变磁场等特定的刺激条件时，可以从由外力作用产生的临时形状回复到初始形状。SMPs与形状记忆合金和形状记忆陶瓷相比具有质量轻、变形量大、易加工、成本低、耐候性强等优点，在航空航天、生物医学设备、柔性电子器件、软体机器人等领域具有广泛的应用前景。依据外界刺激条件的不同，SMPs可以分为热驱动、电驱动、光驱动和溶剂驱动等类型。现有的SMPs大多属于热驱动型，但由于对固定的加热源的需求大大限制了SMPs的潜在应用，而光驱动型SMPs使用光作为刺激源，具备操作简单，对人体组织安全，可实现远程控制和局部驱动等优点，显著扩大了SMPs的应用范围。

目前，制备光驱动SMPs的一种简单方法是向热驱动型SMPs中添加光热填料，得到形状记忆纳米复合材料(shape memory composites,SMPCs)，依靠填料的光热转换能力，将光能转换成热能并扩散到聚合物基体中，当温度达到形状转变温度后，可实现形状恢复。目前使用较多的光热填料包括碳纳米管、石墨烯、聚多巴胺、二硫化钼等材料。但是，现有的光驱动SMPCs存在填料分散性差、复合材料形状记忆性能降低、光吸收不足、光热转换效率低、驱动速度慢、只能在特定波长下实现光驱动等局限性，限制了其应用。

过渡金属碳、氮化物MXene是一种新型的二维纳米材料，其具备优异的机械性能和导热/电性能，并且与碳基光热填料相比具有更强的光吸收能力和光热转换效率；其表面丰富的极性基团可与聚合物基体形成良好的界面相互作用，提高复合材料的机械性能，将其作为光热填料加入SMPs中有望提高光驱动性能。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种光热驱动的形状记忆纳米复合材料及其制备方法和应用。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种光热驱动的形状记忆纳米复合材料，所述形状记忆纳米复合材料包括环氧树脂基体和分散于环氧树脂基体中的二维MXene纳米填料。

作为优选方案，所述环氧树脂基体包括固含量为50～60％的水性环氧树脂和固含量为50～60％的水性胺基固化剂。

作为优选方案，所述二维MXene纳米填料是由Ti₃AlC₂经刻蚀和超声剥离后得到的Ti₃C₂T_x纳米片。

本发明还提供如上方案所述的形状记忆纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、Ti₃C₂T_x纳米片溶液的制备；

将LiF粉末溶解于浓度为9M的HCl溶液中，搅拌10min，缓慢加入Ti₃AlC₂粉末，并在35～40℃水浴条件下磁力搅拌24～36h，重复用去离子水洗涤，并离心数次，直至上清液pH＞7，接着在冰水浴下超声100～120min，之后再离心并取离心后的黑色上悬浮液为Ti₃C₂T_x纳米片溶液；

步骤二、形状记忆纳米复合材料的制备；