[发明专利]一种可驱动三维结构的电响应形状记忆复合材料及其制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 202210205086.6 申请日: 2022-03-02
公开(公告)号: CN114621483B 公开(公告)日: 2023-03-21
发明(设计)人: 冷劲松;胡容祥;张风华;刘彦菊 申请(专利权)人: 哈尔滨工业大学
主分类号: C08J7/12 分类号: C08J7/12;C08L63/00;C08L25/04;C08K3/04;C08K3/38;C08K7/06;H01B13/00;B32B9/00;B32B9/04;B32B33/00;B32B27/30;B32B37/06;B32B37/10;B32B38/08
代理公司: 北京市诚辉律师事务所 11430 代理人: 范盈;李玉娜
地址: 150006 黑龙*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 一种 驱动 三维 结构 响应 形状 记忆 复合材料 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

一种可驱动三维结构的电响应形状记忆复合材料及其制备方法和应用,属于智能材料技术领域。本发明提供了一种电响应形状记忆复合材料及其制备方法和应用,采用具有形状记忆效应的电加热层,可编辑与器件的结构及功能相匹配的电加热路径和形状,并与形状记忆材料进行复合,用于电驱动基于形状记忆复合材料的二维结构/三维立体结构/不规则异形结构。本发明电响应形状记忆复合材料中的形状记忆导电加热层具有良好的导电稳定性和电导率,可以随器件的变形进行相同趋势的形状记忆和形状回复,降低器件变形过程中来自电加热层的阻力,提高形状固定率和形状回复率,保持电加热层与复合材料及器件的界面稳定性和结构完整性,可实现特定路径的电响应驱动。

技术领域

本发明属于智能材料技术领域,涉及一种可驱动三维结构的电响应形状记忆复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

形状记忆聚合物材料作为一种智能材料,能够在外界能量的刺激下自发进行形状变化,结合高分子材料质量轻、成本低等优点,在可穿戴智能设备、制动器、可展开结构和生物医疗等领域具有广阔的应用前景。

传统SMP的驱动方式一般通过提高环境温度进行热量传递驱动结构变化,限制了SMP器件的应用范围。电响应形状记忆聚合物可以通过电生热提供刺激SMP进行形状变化的能量,摆脱环境温度的限制,扩大SMP材料的应用范围。电响应SMP的制备方法通常为在SMP内部填充一定量的导电材料,然而低含量导电材料的SMP电阻较大,需要高电压才能产生足够的驱动热量,高含量导电材料的SMP会降低结构的形状回复率,限制了电响应SMP的工程应用。虽然在SMP材料内部铺设导电铜丝可以在较低电压下进行加热驱动,但是金属与聚合物之间的界面结合力较差,而且SMP器件形状回复过程需要提供一部分回复力对导电铜丝做功,同样会降低器件的形状回复率。此外工程上常采用在SMP器件表面附着电加热膜的方式作为外界热源为SMP提供变形驱动能量,但是由于电加热膜与SMP为异质材料,界面结合稳定性较差,在SMP变形过程中会发生电加热膜与SMP剥落分离的情况,导致热量无法有效传递,影响器件的正常工作。此外,现有技术背景下的电驱动SMP器件多为二维结构,很少有能够电驱动三维SMP器件变形的技术方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题,本发明的目的在于设计提供一种可驱动三维结构的电响应形状记忆复合材料及其制备方法和应用。本发明电响应形状记忆复合材料中的形状记忆导电加热层具有良好的导电稳定性和电导率;制备电加热层所用的聚合物基质与制备器件采用同一种SMP材料,具有形状记忆效应的电加热层可以随形状记忆复合材料器件的变形进行相同趋势的形状记忆和形状回复,降低器件变形过程中来自电加热层的阻力,提高形状固定率和形状回复率的同时能够更好的保持电加热层与复合材料及器件的界面稳定性和结构完整性。电加热层在与形状记忆材料复合之前可以根据器件的结构和功能编辑与之匹配的导电加热的路径形状,实现器件特定路径的电响应驱动,尤其能够与三维结构的形状记忆复合材料进行复合,实现所得器件的电响应驱动。

为了完成上述目的,本发明采用以下技术方案:

一种可驱动三维结构的电响应形状记忆复合材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:

(1)配置导电浆料:取形状记忆聚合物溶液/预聚体溶液,加入挥发性溶剂调控形状记忆聚合物溶液/预聚体溶液的浓度和粘度,加入导电材料,进行分散,形成均匀的导电浆料;

(2)将上述步骤(1)形成的导电浆料涂布至具有设计路径的凹槽模具中,经挥发性溶剂挥发后固化,获得具有导电路径的电加热层;

或者,将上述步骤(1)形成的导电浆料涂布至脱模材料中,经挥发性溶剂挥发后固化,再进行分割形成导电路径,获得具有导电路径的电加热层;在电加热层与形状记忆材料进一步复合之前,可以通过加热回复电加热层的路径形状,重复上述形状编辑步骤对电加热层的路径形状进行重新编辑。

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