【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及摩擦电材料，具体涉及一种自修复有机硅基摩擦电材料及其制备方法。
技术介绍
1、摩擦纳米发电机(teng)基于摩擦电气化效应和静电感应原理，可将周围环境中的机械能(如人体运动等)转化为电能。由于具有成本低、结构简单、易于携带等优点，在智能可穿戴设备和多功能自供电传感方面具有广阔的应用前景，其作为一种可穿戴传感器检测人体运动(拉伸、弯曲和摩擦等)，已被广泛应用于人体生物力学能量收集和健康监测等方面。但teng在使用过程中，由于不断受到冲击与摩擦，加之外界不可预测的划伤与割裂，会导致摩擦层以及电极层受损，影响设备的输出性能。将自修复材料应用于teng，是解决上述问题的有效方案，通过合理化设计动态体系自修复摩擦电材料，有望提高teng器件的使用寿命、耐用性和传感特性，从而有效推广其在柔性传感器以及电子皮肤等领域的应用和发展。然而，自修复材料如何兼顾良好的力学性能、优异的自修复和摩擦电性能仍是目前亟待解决的问题。
2、聚二甲基硅氧烷(pdms)是聚硅氧烷中应用最为广泛的一种，常被用于为微流体，化学品、柔性电子器件等。由于其独特的化学特性，pdms材料成为了自修复材料的绝佳载体之一。首先，其分子链段中含有大量具有较高键能的si-o键，这赋予了聚合物材料优异的热稳定性和化学稳定性。而且，si-o-si具有较大的键角(140°)和键距(0.164nm)，较低的转动能(0.8kj/mol)，相比于c-c-c结构更容易发生内旋转，这使得pdms分子链更容易改变构象，从而表现出更高的柔顺性。因此，绝大多数pdms材料都具有较
3、除了上述特征以外，pdms材料本征摩擦电极性偏负且具备较高的介电性能，已成为了最热门的摩擦负极材料之一。因此，在pdms中引入自修复等功能单元设计兼具良好力学、自修复、电输出性能的高分子介电弹性体作为摩擦电材料有望解决自修复材料性能难以平衡的问题。目前，自修复pdms摩擦电弹性体体系较为单一，主要包括基于强可逆动态键构筑的高强度弹性体以及弱动态键所制备的快速自修复柔性材料。前者往往以牺牲修复效果为代价，这归因于强的动态键例如氢键、亚胺键限制了分子链的运动限制动态键的重组；而后者尽管修复条件温和，修复效率高，但是力学、摩擦电性能往往受到自修复单体的影响开始减弱。因此，通过结合强弱动态键设计多层次动态聚合物网络，有望在不影响力学性能的情况下制备兼具优异的自修复性能和摩擦电性能的室温自修复pdms来解决上述问题。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术合成具有氢键、亚胺键、二硫键以及金属配位键的自修复有机硅基摩擦电材料，通过采用液态金属镓铟合金作为导电材料，在材料中引入金属配位键，并进一步促进氢键形成，使得合成的复合材料具有很好的力学性能、自修复能力和摩擦电性能。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种自修复有机硅基摩擦电材料，在氨基封端聚二甲基硅氧烷中引入亚胺键、氢键和二硫键后，在所得的聚二甲基硅氧烷基弹性体中掺入液态金属镓铟合金，以引入金属配位键并进一步促进氢键的形成，得到自修复有机硅基摩擦电材料。
4、进一步地，所述自修复有机硅基摩擦电材料的断裂伸长率为2000～12000％，力学强度为0.14～0.21mpa，在室温下30min内的自修复效率为92～95％。
5、一种如上所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)聚二甲基硅氧烷基预聚物的制备：将氨基封端聚二甲基硅氧烷溶于四氢呋喃中，搅拌下充分溶解，然后加入对苯二甲醛进行混合搅拌，将所得的混合溶液在加热条件下进行反应，得到油状黏性的聚二甲基硅氧烷基预聚物；
7、(2)聚二甲基硅氧烷基弹性体的制备：在0～5℃冰水浴条件下，在聚二甲基硅氧烷基预聚物中加入异佛尔酮二异氰酸酯，在加热条件下进行反应，然后缓慢加入4,4'-二氨基二苯二硫醚，继续反应，得到膜状的聚二甲基硅氧烷基弹性体；
8、(3)自修复有机硅基摩擦电材料的制备：将镓铟合金和聚二甲基硅氧烷基弹性体分别溶于二氯甲烷中，分别得到镓铟合金液滴和聚二甲基硅氧烷基弹性体溶液，再将镓铟合金液滴加入聚二甲基硅氧烷基弹性体溶液中，然后将所得的混合溶液在室温下搅拌进行反应，反应结束后进行浓缩，将浓缩液倒入模具中，经过室温干燥和真空干燥后，得到膜状的自修复有机硅基摩擦电材料。
9、进一步地，步骤(1)中，所述氨基封端聚二甲基硅氧烷与对苯二甲醛的质量比为5:0.08～0.15。
10、进一步地，步骤(1)中，所述反应温度为60～70℃，反应时间为5～6h。
11、进一步地，步骤(2)中，所述聚二甲基硅氧烷基预聚物与异佛尔酮二异氰酸酯、4,4'-二氨基二苯二硫醚的质量比为5:0.3～0.5:0.3～0.5。
12、进一步地，步骤(2)中，所述反应温度为60～70℃，反应时间为2～3h，继续反应时间为10～12h。
13、进一步地，步骤(3)中，所述聚二甲基硅氧烷基弹性体和镓铟合金的质量比为5:0.005～0.075。
14、进一步地，步骤(3)中，所述混合溶液中镓铟合金的质量浓度为0.1～1.5wt％。
15、进一步地，步骤(3)中，所述反应时间为22～24h。
16、本专利技术的自修复有机硅基摩擦电材料的制备原理：
17、(1)将氨基封端聚二甲基硅氧烷(pdms-nh2)与扩链剂对苯二甲醛(ta)进行反应，由-nh2与-cho发生亲核加成反应生成亚胺键(-c＝n)，对苯二甲醛上的-cho被过量的-nh2取代，得到产物聚二甲基硅氧烷基预聚物。
18、(2)将聚二甲基硅氧烷基预聚物与封端剂异佛尔酮二异氰酸酯混合后进行反应，聚二甲基硅氧烷基预聚物上的-nh2继续与异佛尔酮二异氰酸酯上的-nco发生亲核加成反应，生成脲基(-nh-co-nh)，端基上的-nh2被过量的nco取代，所得的产物具有亚胺键和氢键，其中氢键起到物理交联的作用，而亚胺键可作为骨架维持聚合物链结构。将上述反应物与4,4'-二氨基二苯二硫醚进行反应，4,4'-二氨基二苯二硫醚依然作为扩链剂将线性大分子连接，4,4'-二氨基二苯二硫醚上的-nh2与聚二甲基硅氧烷基预聚物上的-nco发生亲核加成反应形成脲基，这一步反应引入了二硫键(s-s)，得到聚二甲基硅氧烷基弹性体。
19、(3)镓铟合金是一种熔点接近或低于室温的液态金属(lm)，具有流动性、高导电性、导热性、可拉伸性、自愈合能力、生物相容性等优良性能。将具有力学性能和导电性能的填料液态金属镓铟合金掺入聚二甲基硅氧烷基弹性体中，镓铟合金主要由核壳颗粒形成，颗粒表面的ga2o3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自修复有机硅基摩擦电材料，其特征在于，在氨基封端聚二甲基硅氧烷中引入亚胺键、氢键和二硫键后，在所得的聚二甲基硅氧烷基弹性体中掺入液态金属镓铟合金，以引入金属配位键并进一步促进氢键的形成，得到自修复有机硅基摩擦电材料。
2.根据权利要求1所述的自修复有机硅基摩擦电材料，其特征在于，所述自修复有机硅基摩擦电材料的断裂伸长率为2000～12000％，力学强度为0.14～0.21MPa，在室温下30min内的自修复效率为92～95％。
3.一种如权利要求1或2所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氨基封端聚二甲基硅氧烷与对苯二甲醛的质量比为5:0.08～0.15。
5.根据权利要求3所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述反应温度为60～70℃，反应时间为5～6h。
6.根据权利要求3所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述聚二甲基硅氧烷
7.根据权利要求3所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述反应温度为60～70℃，反应时间为2～3h，继续反应时间为10～12h。
8.根据权利要求3所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述聚二甲基硅氧烷基弹性体和镓铟合金的质量比为5:0.005～0.075。
9.根据权利要求3所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述混合溶液中镓铟合金的质量浓度为0.1～1.5wt％。
10.根据权利要求3所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述反应时间为22～24h。
...【技术特征摘要】
1.一种自修复有机硅基摩擦电材料，其特征在于，在氨基封端聚二甲基硅氧烷中引入亚胺键、氢键和二硫键后，在所得的聚二甲基硅氧烷基弹性体中掺入液态金属镓铟合金，以引入金属配位键并进一步促进氢键的形成，得到自修复有机硅基摩擦电材料。
2.根据权利要求1所述的自修复有机硅基摩擦电材料，其特征在于，所述自修复有机硅基摩擦电材料的断裂伸长率为2000～12000％，力学强度为0.14～0.21mpa，在室温下30min内的自修复效率为92～95％。
3.一种如权利要求1或2所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氨基封端聚二甲基硅氧烷与对苯二甲醛的质量比为5:0.08～0.15。
5.根据权利要求3所述的自修复有机硅基摩擦电材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述反应温度为60～70℃，反应时间为...
【专利技术属性】
技术研发人员：段青山，栗剑锋，彭伟卿，聂双喜，何娟霞，许贝，宋旭玲，赵辉，黄崇杏，黄丽婕，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：
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