形状记忆聚合物材料组合物、方法和应用技术

一种形状记忆聚合物材料组合物，所述组合物包括：（1）作为网格点被连接的多个无机核纳米粒子；（2）包括聚合物网络的转换链段。所述聚合物网络包括：（1）冠成分，其通过第一化学键与各无机核纳米粒子键合；（2）盖成分，其通过第二化学键与各冠成分键合；和（3）多个交联成分，其通过第三化学键将各不同的盖成分交联。鉴于对所述无机核纳米粒子、所述冠成分、所述盖成分、所述交联成分、所述第一化学键、所述第二化学键和所述第三化学键有多种选择，可以容易地定制具有不同性能和组成特性的形状记忆聚合物材料组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形状记忆聚合物材料组合物、方法和应用相关申请的交叉引用本申请要求2011年5月4日提交的美国临时专利申请序列号为61/482，268、名称为“形状记忆聚合物组合物、方法和应用”的专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。政府利益的声明 获得本申请所公开的实施方式和本申请所主张的专利技术的研究在项目号为DMR-1006323的美国国家科学基金的资助下进行。美国政府对本申请所主张的专利技术享有权利。
技术介绍
专利
实施方式通常涉及形状记忆聚合物(SMP)材料组合物、相关方法和相关应用。更具体地，本专利技术涉及形状记忆聚合物材料组合物、相关方法和相关应用，其提供了性能增强的形状记忆聚合物材料组合物。对相关技术的描述形状记忆聚合物材料组合物是一类外部刺激响应性材料组合物，所述组合物对在制备或合成过程中印上的预先设定的形状具有记忆能力。因此，当施与特定的外部刺激时，例如但不限于外部热刺激、外部光刺激和/或外部磁辐射刺激，形状记忆聚合物材料组合物可以，例如，在较高温度下重新定型以提供所需的临时形状，随后恢复到原始形状。形状记忆聚合物材料组合物在不同领域的各种应用中都很有吸引力，其中此类应用包括但不限于，生物医学组件应用和光学组件应用。因此，形状记忆聚合物材料组合物由于其具有持久的形状保持特性和在短暂形变后恢复的特性，这使其在多种应用中是理想的，但是形状记忆聚合物材料组合物仍不是完美无缺的。在这一点上，当形状记忆聚合物材料组合物的机械性质增强时，例如但不限于，储能模量增强，形状记忆聚合物材料组合物的形状记忆保持和恢复特性不一定会增强。由于机械性质增强的聚合物材料组合物可能需要形状记忆特性，因而目前需要性质增强的形状记忆聚合物材料组合物，例如但不限于，机械性质增强的形状记忆聚合物材料组合物。概述非限制性实施方式包括形状记忆聚合物材料组合物和所述形状记忆聚合物材料组合物的制备方法。根据所述的实施方式，形状记忆聚合物材料组合物包括多个无机核纳米粒子，每个无机核纳米粒子均能成为作为转换链段的聚合物网络内八条以上聚合物链的网格点。包括在所述转换链段内并与各无机核纳米粒子连接的是使用第一化学键键合的表面反应性冠成分。同样包括在所述转换链段内并与各表面反应性冠成分连接的是使用第二化学键键合的表面反应性盖成分。最后，所述转换链段还包括多个交联成分，所述交联成分在至少两个表面反应性盖成分之间交联，其具有使用第三化学键键合的至少两个不同的无机核纳米粒子。在如上文所述的根据实施方式所述的形状记忆聚合物材料组合物的上下文内，与所述聚合物材料化学连接的多个无机核纳米粒子提供了根据实施方式所述的形状记忆聚合物材料组合物的基本形状特性，还可能提供了一些材料性质特性。在如上文所述的根据实施方式所述的形状记忆聚合物材料组合物的上下文内，除了在所述形状记忆聚合物材料组合物内的形状记忆性质以外，还可以分别对所述第一化学键、所述第二化学键和所述第三化学键，以及所述冠成分、所述盖成分和所述交联成分进行选择，以便在所述形状记忆聚合物材料组合物内提供所需的性质。可以通过进一步修订或限制至少下述之一对如上文所述的形状记忆聚合物材料组合物的非限制性实施方式进行进一步优化，以将其用作锂电池结构(即，锂离子电池结构或锂金属电池结构)中的电解液或隔膜:(1)掺入一部分冠成分的锂离子掺杂剂；(2)包括亲水性聚合物成分和疏水性聚合物成分的盖成分；和(3)分子量为约50至约lOOOOOamu，更优选的为约100至约1000Oamu的交联成分。 根据实施方式所述的形状记忆聚合物材料组合物的特定制备方法来自前述根据实施方式所述的形状记忆聚合物材料组合物。根据实施方式所述的特定形状记忆聚合物材料组合物包括多个无机核纳米粒子，每个无机核纳米粒子均能成为作为转换链段的聚合物网络内八条以上聚合物链的网格点。这种特定的形状记忆聚合物材料组合物还包括与多个无机核纳米粒子键合的聚合物网络，所述聚合物网络包括:(1)冠成分，其通过第一化学键与各核纳米粒子键合；(2)盖成分，其通过第二化学键与各冠成分键合；和(3)多个交联成分，其通过第三化学键将各无机核纳米粒子上的各盖成分交联。根据实施方式所述的形状记忆聚合物材料组合物的特定制备方法包括:将多个无机核纳米粒子与冠形成材料反应，以获得多个键合了表面官能冠的无机核纳米粒子，所述无机核纳米粒子包括第一化学键。这种特定方法还包括:将多个键合了表面官能冠的核纳米粒子与盖形成材料反应，以获得多个键合了表面官能冠和表面官能盖的无机核纳米粒子，除了所述第一化学键以外，所述无机核纳米粒子还包括第二化学键。这种特定方法还包括:将多个键合了表面官能冠和表面官能盖的无机核纳米粒子与交联材料反应，以获得交联的通过第三化学键键合了表面官能冠和表面官能盖的无机核纳米粒子。附图简述如下文所示，在实施方式详述的上下文内理解实施方式的目标、特征和益处。在说明书附图的上下文内理解实施方式的详述，说明书附图形成了本公开的一部分材料，其中:图1 (a)和图1 (b)显示了制备根据实施方式所述的形状记忆聚合物材料组合物的反应流程的连续流程图。图1 (C)显示了在外部热刺激形变和外部热刺激恢复时，根据实施方式所述的形状记忆聚合物材料组合物的照片。图2 Ca)显示了在根据实施方式所述的多个形状记忆聚合物材料组合物中，储能模量对温度作为无机核纳米粒子体积分数的函数的动态力学分析(DMA)图。图2 (b)显示了在根据实施方式所述的多个形状记忆聚合物材料组合物中，热流对温度作为无机核纳米粒子体积分数的函数的差示扫描量热(SDC)图。图2 (c)显示了在根据实施方式所述的多个形状记忆聚合物材料组合物中，储能模量对温度作为盖聚合物材料组合物的函数的动态力学分析(DMA)图。图3显示了在通常如图2 (a)所示的根据实施方式所述的多个形状记忆聚合物材料组合物中，应力和应变特性作为温度的函数和进一步作为无机核纳米粒子体积分数的函数的循环热力偶合分析的三维图。图4显示了在根据进一步的实施方式的掺入锂-双(三氟甲烷磺酰氯)酰亚胺(LiTFSI)的形状记忆聚合物材料组合物中储能模量对温度的动态力学分析(DMA)图。图5显示了根据为供在锂电池的电解液或隔膜中应用而专门设计和制备的实施方式的形状记忆聚合物材料组合物的连续流程图。实施方式的详述实施方式包括形状记忆聚合物材料组合物和所述形状记忆聚合物材料组合物的制备方法。根据实施方式所述的形状记忆聚合物材料组合物包括多个无机核纳米粒子，每个无机核纳米粒子均能成为聚合物(即，一般为有机的)转换链段内八条以上聚合物链的网格点，所述聚合物转换链段也包含所述形状记忆聚合物材料组合物。所述转换链段包括表面反应性冠成分，其通过第一化学键与各无机核纳米粒子连接。依次地，各表面反应性冠成分通过第二化学键与表面反应性盖成分连接。最后，所述转换链段也包括交联成分，所述交联成分通过第三化学键将各无机核纳米粒子上的各表面反应性盖成分交联。如上文所述，作为根据实施方式所述的形状记忆聚合物材料组合物内网格点的无机核纳米粒子提供了形状特征和尺寸稳定性特征，同时不会破坏根据实施方式所述的形状记忆聚合物材料组合物的其他形状记忆转变特征。此外，除了在所述形状记忆聚合物材料组合物内的形状记忆特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料组合物，包括：多个无机核纳米粒子，每个无机核纳米粒子均能成为作为转换链段的聚合物网络内八条以上聚合物链的网格点；和与所述多个无机核纳米粒子键合的所述聚合物网络，所述聚合物网络包括：冠成分，其通过第一化学键与各无机核纳米粒子键合；盖成分，其通过第二化学键与各冠成分键合；和多个交联成分，其通过第三化学键将各无机核纳米粒子上的各盖成分交联。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.04 US 61/482,2681.一种材料组合物,包括: 多个无机核纳米粒子，每个无机核纳米粒子均能成为作为转换链段的聚合物网络内八条以上聚合物链的网格点；和 与所述多个无机核纳米粒子键合的所述聚合物网络，所述聚合物网络包括: 冠成分，其通过第一化学键与各无机核纳米粒子键合； 盖成分，其通过第二化学键与各冠成分键合；和 多个交联成分，其通过第三化学键将各无机核纳米粒子上的各盖成分交联。2.根据权利要求1所述的材料组合物，其中所述多个无机核纳米粒子选自下组:金属、金属合金、金属氧化物、金属氢氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、金属硼化物、金属硼氮化物、金属硫化物和金属氟化物纳米粒子。3.根据权利要求1所述的材料组合物，其中所述多个无机核纳米粒子包括硅纳米粒子。4.根据权利要求1所述的材料组合物，其中各所述多个无机核纳米粒子的直径为约5至约1000纳米。5.根据权利要求1所述的材料组合物，其中所述冠成分包括烷氧基硅烷偶联剂的反应产物。6.根据权利要求1所述的材料组合物，其中所述盖成分包括烷醇胺的反应产物。7.根据权利要求1所述的材料组`合物，其中所述多个交联成分包括二异氰酸酯材料的反应产物。8.根据权利要求1所述的材料组合物，其中所述第一化学键、所述第二化学键和所述第三化学键均独立地选自下组:硅氧烷键、酯键、环氧化物键、脲键、酰胺键、磺酰胺键和氨酯键。9.根据权利要求8所述的材料组合物，其中所述第一化学键、所述第二化学键和所述第三化学键均是不同的化学键。10.根据权利要求1所述的材料组合物，其中所述多个无机核纳米粒子占以体积计所述材料组合物的约1%至约50%。11.一种包括材料组合物的电池组件，所述材料组合物包括: 多个无机核纳米粒子，每个无机核纳米粒子均能成为作为转换链段的聚合物网络内八条以上聚合物链的网格点；和 与所述多个无机核纳米粒子键合的所述聚合物网络，所述聚合物网络包括: 冠成分，其通过第一化学键与各无机核纳米粒子键合； 盖成分，其通过第二化学键与各冠成分键合；和 多个交联成分，其通过第三化学键将各无机核纳米粒子上的各盖成分交联。12.—种包括电池组件的电池,所述电池组件包括材料组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：林登·A·阿彻，P·阿加瓦尔，
申请(专利权)人：康奈尔大学，
类型：
国别省市：