本申请属于本征型自修复柔性材料领域,尤其涉及自修复聚二甲基硅氧烷的制备方法和基于此的柔性传感器制备方法。
背景技术:
1、聚硅氧烷材料是指一类以si-o作为主链的重复单元形成聚合物,同时硅原子上可以连接各种基团的聚合物种类。因其独特的分子结构,具有优秀的疏水性、柔韧性、生理惰性、耐高低温等性能,近年来在柔性传感领域得到了广泛的应用。然而,较低的力学强度使得聚硅氧烷材料在使用过程中容易遭到破坏,材料的服役年限显著缩短,服役安全性也随之降低。因此,将自修复这一概念与聚硅氧烷材料相结合,便能够实现聚硅氧烷材料在加工或使用过程中,收到外力损伤后,能够借助一定条件,实现基体的自我修复,进而恢复材料原有的使用性能。在大大延长期间的服役年限的同时,还能够有效减少材料维修替换所需要的人工、物料成本。
2、在理想情况下,本征型自修复材料只要基体材料没有发生化学性质上的改变,就可以进行无限多次的自修复过程。本征型自修复材料以引入的动态键种类不同,可以进一步细分为基于动态共价键结构的自修复材料,以及基于动态非共价键结构的自修复材料。其中,动态共价键结构主要有:da反应、环加成反应、硅氧交换反应、迈克尔加成反应。动态非共价键结构主要有:氢键、金属配体键、主客体作用、离子相互作用和π-π堆叠相互作用等。
3、但是目前多数自修复pdms材料力学性能较低,自修复条件苛刻,通常需要光、热、电磁等外界激励,这限制了其在柔性传感领域中的应用。
技术实现思路
1、有鉴于此,本申请提供了一种自修复pdms弹性体材料的制备方法及基于此的一种具备微结构的自修复柔性压力传感器的制备方法,在提高传感器循环稳定性的同时显著提升了传感器的灵敏度。
2、技术方案:
3、本发明首先公开了一种透明自修复聚二甲基硅氧烷弹性体材料的制备方法,它包括:
4、步骤s1、将12-40质量份数的对苯二甲醛溶解在3500质量份数的甲苯或n,n-二甲基甲酰胺溶剂中;
5、步骤s2、然后将4000质量份数的氨基改性的硅氧烷加入到s1制得溶液中,在室温条件下搅拌,聚合物网络发生交联,溶液逐渐变成粘性,并最终形成有机凝胶;
6、步骤s3、将有机凝胶通过挥发、干燥工序去除多余的有机溶剂;
7、步骤s4、将s3制备的产物收集至聚四氟乙烯的模具中,通过模压法,最终制备基于动态亚胺键的可自修复聚二甲基硅氧烷弹性体薄膜。
8、优选的,
9、步骤s1中,所述对苯二甲醛选自1,4苯二甲醛;
10、步骤s2中,所述氨基改性的硅氧烷选自双(3-氨丙基)封端聚(二甲基硅氧烷)。
11、优选的,步骤s2中,所述氨基改性的硅氧烷的制备方法包括步骤:
12、步骤s21、20质量份数的聚二甲基硅氧烷预聚物加入24质量份数的无水乙醇中,搅拌均匀获得混合物;
13、步骤s22、将8质量份数的氨基硅烷加入混合物中,均匀混合送入真空箱中真空脱泡获得氨基改性的硅氧烷。
14、优选的,步骤s1中,对苯二甲醛和甲苯溶液的质量份数比为:0.005~0.01:1;
15、步骤s2中,对苯二甲醛和氨基改性的硅氧烷pdms(pdms-nh2)的质量比为0.0045~0.01:1。
16、优选的,步骤s1中,所述溶解中,温度为30~40℃,时间为15-30min;
17、步骤s2中,所述的有机凝胶制备过程中,搅拌的温度为20~30℃,转速为180~200r/min,时间为1-2h;
18、步骤s3中,所述挥发过程中,使用真空烘箱,真空烘箱温度为60~80℃,烘干时间6-8h;
19、步骤s4中,所述模压过程中,反应的温度为60~80℃,时间为2~3h。
20、本发明还公开了一种基于透明自修复聚二甲基硅氧烷弹性体材料的柔性传感器的制备方法,包括步骤:
21、步骤s1、对可自修复聚二甲基硅氧烷弹性体薄膜进行亲水修饰;
22、步骤s2、将可自修复聚二甲基硅氧烷弹性体薄膜放置在80℃加热台上,取agnws水悬浮液稀释后分次滴加在其亲水表面,涂布干燥后即可得到柔性电极;
23、步骤s3、将柔性电极放置在加热台上进行高温焊接处理,取出冷却至室温备用;
24、步骤s4、将可自修复聚二甲基硅氧烷弹性体薄膜的介电层两面旋涂未固化的液态自修复聚二甲基硅氧烷,在其上下两面分别贴上柔性电极,以导电铜箔作为电极引出线,送入真空干燥箱加热,最后取出冷却至室温。
25、更优的实施例中,
26、步骤s1中,用等离子清洗机处理自修复透明弹性体薄膜30s
27、步骤s2中,取1ml agnws水悬浮液(2.0mg ml-1)用超纯水稀释至10ml
28、步骤s3中,所述加热台温度160℃,持续30min
29、步骤s4中,所述真空干燥箱温度60℃,加热3h。
30、优选的,步骤s2中,所述agnws水悬浮液的制备方法包括步骤:
31、步骤s21、取1质量份数还原剂、6~7质量份数的聚乙烯吡咯烷酮表面活性剂、10-18质量份数的去离子水放入烧杯中搅拌得到澄清溶液;
32、步骤s22、向澄清液中加入0.25质量份数的成核剂溶液,搅拌均匀,然后向混合溶液中缓慢滴加质量分数17%的硝酸银溶液,得到乳白色悬浊液;
33、步骤s23、所得乳白色悬浊液转移至水热反应釜中180℃反应1h,再于烘箱140℃干燥16h;
34、步骤s24、产物离心后分别用去离子水、无水乙醇洗涤数次,真空干燥后制成agnws水悬浮液备用。
35、步骤s21中,所述还原剂和聚乙烯吡咯烷酮的质量份数比为:1:6.6;
36、步骤s22中,所述成核剂溶液为质量分数1%nacl溶液,其中nacl溶液和硝酸银溶液的质量份数比为:17:3~4。
37、本发明的有益效果
38、本申请提供的自修复聚二甲基硅氧烷的制备机理为席夫碱反应,利用氨基和醛基脱水缩合生成可逆亚胺键,赋予材料本征自修复功能。其制备方法包括在聚二甲基硅氧烷侧链上接枝极性氨基集团;在于对苯二甲醛反应将可逆亚胺建引入聚二甲基硅氧烷网络中交联固化。本发明还以自修复聚二甲基硅氧烷为电极基底材料和介电层制备了具有光栅状微结构的自修复柔性压力传感器,极大的提升传感器的灵敏度和使用寿命。
1.一种透明自修复聚二甲基硅氧烷弹性体材料的制备方法,其特征在于它包括:
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤s2中,所述氨基改性的硅氧烷的制备方法包括步骤:
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤s1中,所述溶解中,温度为30~40℃,时间为15-30min;
6.一种基于透明自修复聚二甲基硅氧烷弹性体材料的柔性传感器的制备方法,其特征在于,包括步骤:
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,
8.根据权利要求6所述的基于自修复聚二甲基硅氧烷的柔性传感器制备方法,步骤s2中,所述agnws水悬浮液的制备方法包括步骤:
9.根据权利要求8所述的基于自修复聚二甲基硅氧烷的柔性传感器制备方法,其特征在于所述还原剂包括蔗糖、乙二醇、丙二醇或丁二醇。
10.根据权利要求8所述的基于自修复聚二甲基硅氧烷的柔性传感器制备方法,其特征在于,
