【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能材料领域，特别涉及一种自愈合发光-发电弹性薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、“人工智能”、“物联网”和“万物互联”等概念和技术的兴起使得人们对于柔性电子产品的需求急剧增加。电子皮肤是一种模拟人体皮肤实现环境适应和刺激感知的新型柔性电子器件，有望在人体、机器和环境这间构建出一类新的互联载体，提升不同生命或非生命个体间的交互效果。力学刺激是人-机-环境交互过程中最常见形态，电子皮肤对力学刺激的感知功能多样化一直是领域共同追求的目标。开发一类可以将力学刺激同时转化为光学和电学信号的传感材料，实现可视化感知技术，可显著提高力学感知能力和交互效果。 同时，赋予传感材料可拉伸性和自愈合能力对提升电子皮肤的基底适应性和应用场景有重要意义。
2、传统技术多采用旋涂法、热压法或直接用粘合剂粘贴等方式，实现不同功能层间相互结合，最终形成分层结构的发光或发电薄膜。因此，传统器件功能单一、且加工方式较繁琐，相应材料在较大应变下易被破坏，且无法主动愈合恢复其结构和性。这种破坏不仅源于各功能层的功能单一性，也与层层间的物理不可逆滑移和层间剥离有重要关系。这极大限制了它们在对高形变和自愈性有高要求领域的应用，及相关多功能电子皮肤的实现和复杂场景应用的可行性。可见，当前各类电子皮肤材料通常只能实现单一力-电转化或力-光转化，同时实现力学作用下发光-发电效果存在挑战。并且，在兼顾发光-发电效应的同时，实现电子皮肤的高拉伸性和自愈合性面临巨大挑战。
技术实现思路
1、本专利技术所要
2、本专利技术提供了一种自愈合发光-发电弹性薄膜，所述弹性薄膜由上至下包括力致发光-发电层、导电层和封装层；所述力致发光-发电层由力致发光粉末和介电弹性聚合物组成；所述导电层由固态导电填料、导电液体和介电弹性聚合物组成；所述封装层由介电弹性聚合物组成；所述固态导电填料与介电弹性聚合物结合形成可拉伸聚合物导电基质，所述导电液体与介电弹性聚合物结合形成可拉伸聚合物导电导体，所述导电液体在介电弹性聚合物拉伸过程中随介电弹性聚合物形变，通过主动形变和渗透作用实现导电通路自主修复和动态补偿。
3、优选地，所述介电弹性聚合物包括聚酯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯缩丁醛酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基硅氧烷、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-乙酸乙烯共聚物、异戊二烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或几种。
4、更优选地，所述介电弹性聚合物为乙烯-乙酸乙烯共聚物和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物的共混物，其质量比为1:10~10:1。乙烯-乙酸乙烯共聚物作为一种热塑性弹性体，除了具有优异的熔融加工性能、低温柔韧性、可逆致动性、透明性以及与填料的良好亲和力外，在温度升高到一定程度后可以进行自愈。源自于eva内分子和链段在热效应下发生迁移和动态交联，并在宏观上表现为裂纹的修复和愈合。苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物具有优异的弹性和可拉伸性，与乙烯-乙酸乙烯共聚物共混后形成的界面区域在赋予薄膜自愈性能的同时，有效保证了拉伸后的回复性。
5、优选地，所述力致发光粉末包括zns/caznos:mn2+、mgf2:mn2+、zns:cu2+、sral2o4:dy3+:eu2+、liga5o8、caf2:er3+、al2o3:tb3+、li2bap2o7:eu3+、caal2sio8:eu2+、znal2o4:mn2+、znga2o4:mn2+、zro2:ti4+中的一种或几种。
6、更优选地，所述力致发光粉末为zns/caznos:mn2+、mgf2:mn2+。
7、优选地，所述固态导电填料包括零维导电填料、一维导电填料和二维导电填料中的一种或几种；所述导电液体包括液态金属、液态合金、离子液体中的一种或几种。
8、更优选地，所述零维导电填料包括银微纳颗粒、铜微纳颗粒、金微纳颗粒中的一种或几种；所述一维导电填料包括银纳米线、铜纳米线、金纳米线、碳纳米管、碳微纤维中的一种或几种；所述二维导电填料包括银纳米片、铜纳米片、金纳米片、铝纳米片中的一种或几种。
9、更优选地，所述液态金属包括镓、铷、水银中的一种或多种。所述液态合金包括镓铟锡合金、镓铟合金、镓锌合金中的一种或几种；所述离子液体包括双（三氟甲烷）磺酰亚胺锂盐、乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲基磺酰基）亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯中的一种或几种。
10、最优选地，所述固态导电填料为银微纳颗粒，所述液态金属为镓铟合金。
11、所述固态导电填料作为导电性能优异的刚性导电材料，与介电弹性聚合物结合形成可拉伸聚合物导电基质，为介电弹性聚合物带来优异的电导率的同时还能提供额外的力学性能。所述导电液体作为柔性导电材料，具有优异的流动性，与介电弹性聚合物结合形成可拉伸聚合物导电导体，尤其导电液体表面氧化层与乙烯-乙酸乙烯共聚物易形成氢键作用，增强导电填料与介电弹性聚合物间的作用稳定性。同时，通过加入导电液体，不仅可以填充固态导电填料之间的空隙从而提升电导率，还可以在介电弹性聚合物拉伸过程中随介电弹性聚合物一起形变，同时通过主动形变和渗透作用将原本分离的刚性导电材料重新结合实现导电通路自主修复和动态补偿，即“自愈合”，从而实现拉伸下的导电稳定性。通过将固态导电填料和导电液体相结合的方式与所述介电弹性聚合物结合，可实现聚合物导体在拉伸状态下保持较低的电阻，并在切断并自愈后维持甚至超过原本的导电性。
12、优选地，所述弹性指薄膜能够发生可逆的拉伸形变，所述形变范围为1%~2000%；所述自愈合指薄膜在发生局部或全部破损后，经愈合处理能够恢复到初始薄膜结构；所述愈合条件为温度5~150℃，时间1~500min。
13、本专利技术还提供了一种自愈合发光-发电弹性薄膜的制备方法，包括如下步骤：
14、（1）将弹性聚合物加入到溶剂中搅拌均匀，得到聚合物溶液a；将聚合物溶液a和力致发光粉末混合，搅拌，超声分散和消泡后得到聚合物溶液b；将聚合物溶液b倒入模具中热处理后得到半固化的力致发光-发电弹性薄膜；
15、（2）将固态导电填料、导电液体与聚合物溶液a混合，搅拌消泡后得到聚合物溶液c，将其置于模具中的半固化力致发光-发电弹性薄膜上，热处理后得到半固化的导电弹性薄膜；
16、（3）将聚合物溶液a浇铸在半固化的导电弹性薄膜上，热处理至三层薄膜中的溶剂挥发完全后即得到自愈合发光-发电弹性薄膜。
17、优选地，所述溶剂包括去离子水、甲苯、乙醇、丙酮、异丙醇、乙醚、二氯甲烷、四氢呋喃、氯仿、n,n-二甲基甲酰胺、二氯亚砜中的一种或几种。
18、优选地，所述聚合物溶液a与力致发光粉末的质量比1:10~100:1。
19、优选地，所述导电液体与固态导电填料的质量比为1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自愈合发光-发电弹性薄膜，其特征在于：所述弹性薄膜由上至下包括力致发光-发电层、导电层和封装层；所述力致发光-发电层由力致发光粉末和介电弹性聚合物组成；所述导电层由固态导电填料、导电液体和介电弹性聚合物组成；所述封装层由介电弹性聚合物组成；所述固态导电填料与介电弹性聚合物结合形成可拉伸聚合物导电基质，所述导电液体与介电弹性聚合物结合形成可拉伸聚合物导电导体，所述导电液体在介电弹性聚合物拉伸过程中随介电弹性聚合物形变，通过主动形变和渗透作用实现导电通路自主修复和动态补偿。
2.根据权利要求1所述的弹性薄膜，其特征在于：所述介电弹性聚合物包括聚酯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯缩丁醛酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基硅氧烷、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-乙酸乙烯共聚物、异戊二烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的弹性薄膜，其特征在于：所述力致发光粉末包括ZnS/CaZnOS:Mn2+、MgF2:Mn2+、ZnS:Cu2+、SrAl2O4:Dy3+:Eu2+、LiGa5O8、CaF2:E
4.根据权利要求1所述的弹性薄膜，其特征在于：所述固态导电填料包括零维导电填料、一维导电填料和二维导电填料中的一种或几种；所述导电液体包括液态金属、液态合金、离子液体中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的弹性薄膜，其特征在于：所述零维导电填料包括银微纳颗粒、铜微纳颗粒、金微纳颗粒中的一种或几种；所述一维导电填料包括银纳米线、铜纳米线、金纳米线、碳纳米管、碳微纤维中的一种或几种；所述二维导电填料包括银纳米片、铜纳米片、金纳米片、铝纳米片中的一种或几种；所述液态金属包括镓、铷、水银中的一种或多种；所述液态合金包括镓铟锡合金、镓铟合金、镓锌合金中的一种或几种；所述离子液体包括双（三氟甲烷）磺酰亚胺锂盐、乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲基磺酰基）亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯中的一种或几种。
6.一种如权利要求1所述的自愈合发光-发电弹性薄膜的制备方法，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂包括去离子水、甲苯、乙醇、丙酮、异丙醇、乙醚、二氯甲烷、四氢呋喃、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、二氯亚砜中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物溶液A与力致发光粉末的质量比1:10~100:1；所述导电液体与固态导电填料的质量比为1:50~10:1；所述导电液体与固态导电填料的总质量与聚合物溶液A的质量比为1:50~100:1；所述聚合物溶液A、聚合物溶液B和聚合物溶液C的质量比为1:50:500~500:50:1。
9. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）-（3）中的热处理温度均为10~150 ℃，热处理时间均为1~720 min。
10.一种如权利要求1所述的自愈合发光-发电弹性薄膜在人机交互、电子皮肤、能源、传感、显示、或国防军工领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种自愈合发光-发电弹性薄膜，其特征在于：所述弹性薄膜由上至下包括力致发光-发电层、导电层和封装层；所述力致发光-发电层由力致发光粉末和介电弹性聚合物组成；所述导电层由固态导电填料、导电液体和介电弹性聚合物组成；所述封装层由介电弹性聚合物组成；所述固态导电填料与介电弹性聚合物结合形成可拉伸聚合物导电基质，所述导电液体与介电弹性聚合物结合形成可拉伸聚合物导电导体，所述导电液体在介电弹性聚合物拉伸过程中随介电弹性聚合物形变，通过主动形变和渗透作用实现导电通路自主修复和动态补偿。
2.根据权利要求1所述的弹性薄膜，其特征在于：所述介电弹性聚合物包括聚酯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯缩丁醛酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基硅氧烷、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-乙酸乙烯共聚物、异戊二烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的弹性薄膜，其特征在于：所述力致发光粉末包括zns/caznos:mn2+、mgf2:mn2+、zns:cu2+、sral2o4:dy3+:eu2+、liga5o8、caf2:er3+、al2o3:tb3+、li2bap2o7:eu3+、caal2sio8:eu2+、znal2o4:mn2+、znga2o4:mn2+、zro2:ti4+中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的弹性薄膜，其特征在于：所述固态导电填料包括零维导电填料、一维导电填料和二维导电填料中的一种或几种；所述导电液体包括液态金属、液态合金、离子液体中的一种或几种。
5.根据权利要求4所...
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