本發明涉及低共熔聚合物領域,具體地,本發明涉及全固態雙網絡離子導電彈性體及其制備方法與應用。
背景技術:
1、可拉伸離子導電彈性體憑借其優異的可彎曲性、輕量化、高集成度以及在復雜環境中能保持機械和電氣穩定性的能力,在智能制造、可穿戴設備和生物醫學領域展現出巨大的應用潛力。作為柔性電子器件的核心材料,本征可拉伸的全固態雙網絡離子導電彈性體的強度與拉伸性能之間的平衡對其在復雜環境中的長期可靠性至關重要。
2、超分子低共熔聚合物因其獨特的可設計性和優異的離子導電性,在全固態雙網絡離子導電彈性體的結構設計中展現出顯著優勢。然而,超分子低共熔聚合物網絡通常具有較高的致密性,這種致密結構使其難以實現兩個網絡均由超分子低共熔聚合物構成的設計目標。這種局限性限制了超分子低共熔聚合物在雙網絡結構中的應用,因此需要通過優化網絡結構設計,開發一種兩個網絡均由超分子低共熔聚合物構成的全固態離子導電彈性體,以實現力學性能的提升,并拓展其在柔性電子器件中的應用潛力。
技術實現思路
1、基于此,本發明在于克服現有技術的至少一種缺陷,提供一種全固態雙網絡離子導電彈性體及其制備方法,通過雙網絡的結構設計,利用兩種超分子低共熔聚合物之間的高化學相容性,實現兩個網絡均由超分子低共熔聚合物構成的設計目標,使材料在應力作用下能夠實現同步變形,有效緩解應力集中問題,顯著提升材料的力學性能,從而實現強度和拉伸性能的平衡,且所述超分子低共熔聚合物構建的全固態雙網絡離子導電彈性體還具有優異的透光性,自修復性能和電學性能。
2、其技術方案如下:
3、一種全固態雙網絡離子導電彈性體的制備方法,包括如下步驟:
4、s1、將第一類氫鍵供體、氫鍵受體及易揮發性極性溶劑于常溫攪拌混合均勻,得到第一網絡的可聚合低共熔溶劑;
5、s2、向第一網絡的可聚合低共熔溶劑中加入引發劑和交聯劑,繼續攪拌均勻,得到第一網絡的預聚體溶液;
6、s3、將得到的第一網絡的預聚體溶液在紫外光下照射,得到第一網絡凝膠;
7、s4、將第二類氫鍵供體、氫鍵受體于50~80℃攪拌混合均勻,得到第二網絡的可聚合低共熔溶劑;
8、s5、向第二網絡的可聚合低共熔溶劑加入引發劑,繼續攪拌均勻,得到第二網絡的預聚體溶液;
9、s6、將步驟s3得到的第一網絡凝膠放入步驟s5制備的第二網絡的預聚體溶液中,避光放置,置換96-120h,紫外光照射固化,隨后將樣品置于烘箱中干燥,得到全固態雙網絡離子導電彈性體;
10、其中,所述第一氫鍵供體包括含有c=c雙鍵的硬單體,所述第二類氫鍵供體包括含有c=c雙鍵的軟單體,所述氫鍵受體為季銨鹽;
11、所述第一氫鍵供體、氫鍵受體、易揮發性極性溶劑的摩爾比為(2~3):1:(4~10),第二氫鍵供體、氫鍵受體的摩爾比為2:(0.4~1);
12、其中,步驟s6中第二網絡的預聚體溶液和第一網絡凝膠的用量滿足:第一網絡凝膠完全浸沒在第二網絡的預聚體溶液中。
13、在其中一種實施方式,所述含有c=c雙鍵的硬單體為n-羥乙基丙烯酰胺、n-羥甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的一種或多種。
14、在其中一種實施方式,所述含有c=c雙鍵的軟單體為丙烯酸和/或衣康酸。
15、在其中一種實施方式,所述季銨鹽為氯化膽堿和/或檸檬酸二氫膽堿。
16、在其中一種實施方式,所述易揮發性極性溶劑為無水乙醇和/或甲醇。
17、在其中一種實施方式,所述光引發劑為tpo(2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦)、2959(2-羥基-4′-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮、1173(2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮)、184(1-羥基環已基苯基甲酮)中的一種或多種,步驟s2中光引發劑的用量為第一類氫鍵供體質量的0.5~2%,步驟s5中光引發劑的用量為第二類氫鍵供體質量的0.5~2%。
18、在其中一種實施方式,所述交聯劑為聚乙二醇二丙烯酸酯、二縮三丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、鄰苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯等中的一種或多種,步驟s2中交聯劑的用量為第一類氫鍵供體的0.5~2%。
19、由所述制備方法制備得到的全固態雙網絡離子導電彈性體。
20、在其中一種實施方式,所述全固態雙網絡離子導電彈性體為具有自修復性的導電彈性體;和/或所述全固態雙網絡離子導電彈性體對波長范圍為400~800nm的光透過率大于90%;和/或所述固態雙網絡離子導電彈性體的電導率大于4×10-3s?m-1;和/或所述固態雙網絡離子導電彈性體的韌性大于150mj/m3;和/或所述固態雙網絡離子導電彈性體的楊氏模量大于10mpa;和/或所述固態雙網絡離子導電彈性體的強度大于13mpa,斷裂應變大于2000%。
21、本發明另一方面還公開所述全固態雙網絡離子導電彈性體在柔性電子器件、可穿戴設備或傳感器領域的應用。
22、本發明的有益效果在于:發明通過雙網絡策略調控全固態離子導電彈性體的聚合物網絡,以特定的氫鍵供體和氫鍵受體制備第一網絡和第二網絡,通過在超分子低共熔聚合物的剛性網絡與柔性網絡之間構建高度兼容的氫鍵和協同交聯結構,顯著減少了兩相之間的性能差異,有效降低了界面處的應力集中,從而顯著提升了材料的結構穩定性和整體機械性能;本發明中的兩個網絡均由超分子低共熔聚合物組成,其良好的化學相容性使材料在應力作用下能夠實現同步變形,避免了局部失效問題,這種設計不僅實現了高強度、高拉伸性和高韌性的平衡,還賦予材料優異的環境穩定性,為柔性電子器件的開發提供了理想的材料基礎;本發明所述的全固態雙網絡離子導電彈性體具有優異的透光性、自修復性和優異的力學性能、電學性能以及環境穩定性能,能夠用于解決全固態離子導電彈性體在強度與拉伸性之間的矛盾,適用于柔性電子器件、可穿戴設備、傳感器等領域。
1.一種全固態雙網絡離子導電彈性體的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
2.根據權利要求1所述全固態雙網絡離子導電彈性體的制備方法,其特征在于,所述含有c=c雙鍵的硬單體為n-羥乙基丙烯酰胺、n-羥甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述全固態雙網絡離子導電彈性體的制備方法,其特征在于,所述含有c=c雙鍵的軟單體為丙烯酸和/或衣康酸。
4.根據權利要求1所述全固態雙網絡離子導電彈性體的制備方法,其特征在于,所述季銨鹽為氯化膽堿和/或檸檬酸二氫膽堿。
5.根據權利要求1所述全固態雙網絡離子導電彈性體的制備方法,其特征在于,所述易揮發性極性溶劑為無水乙醇和/或甲醇。
6.根據權利要求1所述全固態雙網絡離子導電彈性體的制備方法,其特征在于,所述光引發劑為2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-羥基-4′-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羥基環已基苯基甲酮中的一種或多種,步驟s2中光引發劑的用量為第一類氫鍵供體質量的0.5~2%,步驟s5中光引發劑的用量為第二類氫鍵供體質量的0.5~2%。
7.根據權利要求1所述全固態雙網絡離子導電彈性體的制備方法,其特征在于,所述交聯劑為二縮三丙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、鄰苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯中的一種或多種,步驟s2中交聯劑的用量為第一類氫鍵供體的0.5~2%。
8.由權利要求1至7任一權利要求所述制備方法制備得到的全固態雙網絡離子導電彈性體。
9.根據權利要求8所述全固態雙網絡離子導電彈性體,其特征在于,
10.權利要求8或者9所述全固態雙網絡離子導電彈性體在柔性電子器件、可穿戴設備或傳感器領域的應用。