【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能可穿戴压电材料领域，尤其涉及一种具有压电特性的生物质炭/pdms复合材料的制备方法以及该生物质炭/pdms复合材料在压电驱动中的应用。
技术介绍
1、生物质炭复合材料在智能可穿戴设备领域具有广阔的应用前景，但目前的研究仍面临诸多挑战。通过优化制备工艺、探究材料性能与结构之间的关系、加强表面化学性质和物理强度等手段，可以有效推动生物质炭复合材料在智能可穿戴领域的实际应用。现有的生物质多孔碳材料，其多孔结构和高比表面积可能使得材料在受到压力或形变时，内部产生电荷分离和极化现象，仅能产生微弱的压电效应。而目前的压电材料，如纯陶瓷压电材料的压缩性能和力学性能较差，在承受较大压力时，其内部结构会遭到不可修复的破坏，限制了其在结构工程中的应用。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种具有压电特性的智能可穿戴生物质炭气凝胶复合材料。该复合材料将具有三维体结构的气凝胶作为导电填料或增强相加入到压电聚合物基体中，通过界面相互作用和应力传递机制，提高复合材料的压电灵敏度和响应速度。
2、本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：
3、第一方面，本专利技术提供一种具有压电特性的生物质炭/pdms复合材料的制备方法，所述制备方法的过程是：
4、步骤1、以生物质为原料，在低温下凝胶化反应后再双向冷冻处理，获得至少厘米级有序的三维体结构；
5、步骤2、将步骤1获得的三维体结构再进行冷冻干燥处理，获得胶原气
6、步骤3、将胶原气凝胶在保护气氛下高温处理，得到生物质炭气凝胶，处理温度为800-1600℃；
7、步骤4、将pdms预聚物溶于乙酸乙酯溶剂中形成pdms预聚物溶液，所述pdms预聚物与乙酸乙酯溶剂的体积比为1:0.5-10；
8、步骤5、将步骤3得到的生物质炭气凝胶完全浸没于步骤4的pdms预聚物溶液中，浸渍10-60min，通过毛细及吸附作用pdms预聚物溶液包裹在生物质炭气凝胶的骨架外且部分填充生物质炭气凝胶的骨架的内部，之后置于烘箱中在50-80 ℃的环境下进行固化反应，最终得到生物质炭/pdms复合材料。
9、进一步地，所述生物质为胶原蛋白、纤维素、壳聚糖、蚕丝中的至少一种。
10、进一步地，步骤1中，低温下凝胶化反应的温度为0-5℃，反应时间为10-30h；以液氮为冷源，进行双向冷冻处理，所述双向冷冻处理的冷冻时长为0.5-10h。
11、进一步地，步骤2中，冷冻干燥的压力为-0.1mpa，干燥时间20-50h。
12、进一步地，步骤3中，保护气氛为氮气，高温处理时，通过真空泵对管式炉进行三次抽真空处理，采用阶梯升温方式，逐步升温至800-1600 ℃，保温0.5-3h。
13、进一步地，步骤4中，固化反应时间为15-30h。
14、第二方面，本专利技术提供一种具有压电特性的生物质炭/pdms复合材料，采用上述的制备方法获得，所述复合材料置于花蕊上不使花蕊发生变形，具有压缩循环稳定性；碳含量为5-30 wt%。
15、第三方面，本专利技术提供一种所述复合材料的应用，所述复合材料应用于能量转换和存储的柔性电子器件的多功能体系中，能作为压电驱动使用。
16、进一步地，所述复合材料用于智能穿戴中。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
18、1、本专利技术将有序三维体结构的生物质炭制成的气凝胶作为导电填料或增强相加入到压电聚合物基体（pdms（聚二甲基硅氧烷））中，通过界面相互作用和应力传递机制，提高复合材料的压电灵敏度和响应速度。
19、2、本申请通过双向冷冻工艺将生物质材料（包括不仅限于胶原蛋白、纤维素、壳聚糖等）制备成有序的三维体结构，高温碳化后得到的生物质炭仍然具有优异的有序多孔结构，与pdms预聚物溶液聚合物协同组装后，生物质炭及聚合物之间协同相互作用，在整个多孔骨架中有效地传递应力和电流，碳骨架在应力作用下发生形变，导致内部电荷重新分布，产生压电效应，材料具有高压缩性、优异的力学性能和压电性能。
20、3、从本专利技术实施例不同压缩应变下的时间依赖性响应的图中可以看出，复合材料具有相对快速的响应和优异的压缩循环稳定性，使其适合于准确地检测各种人体生物和运动信号，有望应用于能量转换和存储的柔性电子器件的多功能体系中，如在柔性传感器、智能可穿戴的可穿戴设备、人造皮肤等领域具有广阔的应用前景。
21、4、本专利技术设置不同的冷冻干燥时间和高温处理的温度，其碳骨架的强度和力学性能有差异。本专利技术优选的生物质作为碳源，存在丰富的含氧官能团，其在与pdms预聚物溶液复合后，表界面处会形成很强的氢键相互作用，提升复合材料的界面结合强度、使复合材料界面微观结构得到优化，最终使材料的力学性能和压电性能得到进一步的提升，并且本申请的碳源还具有较高的经济性，操作便捷性等特点。
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1.一种具有压电特性的生物质炭/PDMS复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法的过程是：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质为胶原蛋白、纤维素、壳聚糖、蚕丝中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，低温下凝胶化反应的温度为0-5℃，反应时间为10-30h；以液氮为冷源，进行双向冷冻处理，所述双向冷冻处理的冷冻时长为0.5-10h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，冷冻干燥的压力为-0.1MPa，干燥时间20-50h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，保护气氛为氮气，高温处理时，通过真空泵对管式炉进行三次抽真空处理，采用阶梯升温方式，逐步升温至800-1600℃，保温0.5-3h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，固化反应时间为15-30h。
7.一种具有压电特性的生物质炭/PDMS复合材料，采用权利要求1-6任一所述的制备方法获得，所述复合材料置于花蕊上不使花蕊发生变形，具有压缩循
8.一种权利要求7所述复合材料的应用，其特征在于，所述复合材料应用于能量转换和存储的柔性电子器件的多功能体系中，能作为压电驱动使用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述复合材料用于智能穿戴中。
...【技术特征摘要】
1.一种具有压电特性的生物质炭/pdms复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法的过程是：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质为胶原蛋白、纤维素、壳聚糖、蚕丝中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，低温下凝胶化反应的温度为0-5℃，反应时间为10-30h；以液氮为冷源，进行双向冷冻处理，所述双向冷冻处理的冷冻时长为0.5-10h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，冷冻干燥的压力为-0.1mpa，干燥时间20-50h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，保护气氛为氮气，高温处...
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