[发明专利]一种基于形状记忆效应的可逆固固-固液粘附一体材料及其制备和粘附调控方法

权利要求书

1.一种基于形状记忆效应的可逆固固-固液粘附一体材料的制备方法，其特征在于：所述材料包括响应弯曲基底、固体粘附层和液体粘附层，所述固体粘附层和液体粘附层在响应弯曲基底的两侧，所述响应为热响应、光响应和电响应，所述固体粘附层为PDMS、聚氨酯或环氧树脂薄膜中的一种，所述响应弯曲基底能够调控固体粘附和液体粘附，还起到增强固体粘附的作用；所述方法具体为：

步骤一：固体粘附层的制备，具体有如下三种方式：

方式一：PDMS薄膜

将PDMS和固化剂按照10：0.2~1.5的质量比混合均匀后，倒入模具中或者两个玻璃片之间，固化后脱模制成PDMS薄膜；

方式二：聚氨酯薄膜

将聚氨酯原料混合，倒入模具中或者两个玻璃片之间，固化后脱模制成聚氨酯薄膜；所述聚氨酯由蓖麻油、异氰酸酯、扩链剂、催化剂混合均匀而成，其中：蓖麻油、异氰酸酯、扩链剂的质量比为5~13：3~8：1~4，催化剂的加入量为聚氨酯的0.2~1 wt %；

方式三：环氧树脂薄膜

将环氧树脂与乙二胺或聚醚胺按照1：0.2~2的质量比混合均匀后，倒入模具中或者两个玻璃片之间，固化后脱模制成环氧树脂薄膜，控制环氧树脂薄膜的Tg为30~80℃；

步骤二：热响应弯曲基底的制备，具体有以下三种方式：

方式一：形状记忆环氧树脂：环氧树脂为E44和E51的一种或两种，固化剂为聚醚胺、乙二胺、己二胺、正辛胺、间苯二甲胺中的一种或几种，环氧树脂与固化剂质量比为1：0.2~2；将树脂和固化剂混合均匀后，有两种制备热响应弯曲基底方法，分别为：

a.将树脂倒入呈弯曲薄片的模具中，固化后脱模，即获得初始形状为弯曲状态的环氧树脂薄膜；

b.将树脂预聚物浇模形成水平的薄膜，待树脂预固化一段时间后，将其弯曲成预设的形状，充分固化后即获得初始形状可控的环氧树脂薄膜；

方式二：基于液态金属相变的形状记忆材料

根据液态金属在弹性体中存在形式的不同，有以下几种制备方法：

a.挤出式液态金属丝：液态金属融化后，吸取部分液态金属，将其均匀挤出，形成细丝，冷却后，将其剥离，形成具有特定图案的液态金属丝；将制备好的液态金属丝放入弹性体预聚物中，固化后即可获得成品；弹性体预聚物为PDMS或聚氨酯；

b.通道式液态金属丝：将弯折好形状的铜丝放入弹性体预聚物中，固化后将铜丝从中间抽走，留下具有一定截面积的通道，将通路一端浸没在熔化的液态金属中，另一端抽真空，将液态金属抽到通路中，最后使用相同的弹性体预聚物固化封端；

c.液态金属薄片：利用模具制备出带有一定深度的弹性体凹槽，将液态金属倒入凹槽中，最后使用弹性体薄片封顶，从而将液态金属封装到弹性体中；

d.模板法液态金属泡沫：制备盐模板或者糖模板，将带有一定水的盐或者糖放入模具中并压实，烘干后制成模板；将模板浸没在熔化的液态金属中，抽真空将液态金属填充到盐模板中，冷却后液态金属凝固，将盐模板外表面液态金属打磨掉，露出盐模板，将其放入水中，将盐完全溶解后，制成液态金属泡沫；

e.发泡法液态金属泡沫：在液态金属中加入热分解产生气体的物质，升温后所加入的物质分解产生气体，使液态金属中产生孔洞，从而形成液态金属泡沫；将制备好的液态金属泡沫放入弹性体预聚物中，抽真空使弹性体预聚物填充液态金属泡沫孔隙，室温固化后制成复合材料；

上述液态金属/弹性体复合材料的永久形状为水平形状，为了获得弯曲的永久形状，以实现热响应弯曲，现有以下两种方法改变材料永久形状；

a.制备弯曲形状的液态金属丝、薄片和泡沫，并将其封装在PDMS中，即获得弯曲形状的弹性体，从而使复合材料永久形状变为弯曲形状；

b.首先制备水平形状的复合材料，然后将其弯曲后，在复合材料表面再制备一层初始形状为弯曲形状的弹性体，通过两层弹性体的弹性的相互抗衡，使复合材料永久形状变为弯曲形状；

步骤三：液体粘附层的制备，具体有如下三种方式：

方式一：阵列结构：包括PDMS阵列、环氧树脂阵列、聚氨酯阵列；

采用模板法制备阵列结构：使用光刻法在硅片上制备阵列结构，使用PDMS制备与硅片对应的反模板，最后利用反模板，使用PDMS、环氧树脂、聚氨酯制备对应材料的阵列结构；

方式二：纳米粒子层：包括疏水SiO₂、碳纳米管；

将疏水SiO₂或碳纳米管分散在易挥发溶剂中，将分散的混合液均匀地喷涂在聚合物基底材料表面，利用溶剂溶胀聚合物表面，使纳米粒子牢固地结合在基底材料表面；所述易挥发溶剂为丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷或乙醇中的一种；

方式三：褶皱结构：包括PDMS褶皱、环氧树脂褶皱；

（1）PDMS褶皱薄膜

将PDMS薄膜拉伸一定长度，对其一侧表面进行氧等离子体处理，撤掉预应变后，由于薄膜两侧收缩率不同，就会形成褶皱，从而得到带有褶皱的PDMS薄膜；

（2）环氧树脂褶皱薄膜

制备环氧树脂薄膜：将环氧树脂填充到带有一定厚度的凹槽中，上下使用刚性平面物体压实，固化后脱模获得环氧树脂薄膜；同理，制备PDMS薄膜；

将PDMS薄膜一侧氧等离子体处理，使用环氧树脂预聚物将PDMS薄膜经氧等离子体处理过的一侧和环氧树脂薄膜结合，固化后两者牢固结合；同理也可将环氧树脂一侧氧等离子体处理，使用PDMS预聚物将两者粘贴在一起，固化后同样能够紧密结合；

将PDMS和环氧树脂薄膜结合后，在环氧树脂Tg以上温度，将复合薄膜拉伸，在保持拉伸的过程中将温度降到Tg以下，撤掉预应变后，材料在PDMS薄膜的收缩下产生褶皱，从而形成带有环氧树脂褶皱的薄膜；加热后，由于环氧树脂的形状记忆性能，环氧树脂薄膜收缩，从而使褶皱消失，实现褶皱的可控产生和消失；

步骤四：将固体粘附层和液体粘附层结合在响应弯曲基底的两侧。