一种高延伸率咪唑盐掺杂的导电弹性体及制备方法
技术领域
本发明属于导电弹性体领域，涉及一种高延伸率咪唑盐掺杂的导电弹性体及制备方法，具体涉及使用咪唑盐作为氢键受体，含有羧基的聚丙烯酸酯作为氢键供体，将咪唑盐掺杂到含羧基的聚丙烯酸酯中，并通过调控咪唑盐掺杂量及聚合物的羧基含量可得到力学性能和导电性能可调的导电弹性体。
背景技术
近年来，包括柔性显示器、传感器、人造皮肤和可穿戴设备等在内的柔性电子设备的兴起和发展引起了人们的广泛关注。其中，柔性导电材料对柔性电子器件的性能的优化起着举足轻重的作用。目前，制备柔性导电材料的方法主要有两种：一种是通过引入特定的图案或三维结构来赋予导电材料一定程度的柔性，然而，该方法存在制备过程复杂且成本高的缺点，实现规模化制备的可能性低。另一种是通过物理共混或化学接枝的方法将金属、碳材料或共轭聚合物引入到的弹性体材料中以实现其导电功能化，从而获得导电弹性体材料。该方法简单易实现，但是也存在也存在导电填料易于团聚，难以均匀分散以及大变形下材料的导电性能急剧下降的问题。因此，迫切需要探索出一种简单的方法制备出可在大变形下应用的可拉伸半导体。
低共熔溶剂是指由一定化学计量比的氢键受体(如季铵盐)和氢键供体(如酰胺、羧酸和多元醇等化合物)组合而成的两组分或三组分低共熔混合物，由Abbott等人于2003年首次报道。低共熔溶剂的物理化学性质与离子液体非常相似，但前者价格更便宜且对环境更友好，在催化、材料化学和电化学领域中均有应用。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高延伸率咪唑盐掺杂的导电弹性体及制备方法，克服传统柔性导电材料制备过程复杂且成本高、导电填料易团聚以及大变形条件下材料的导电性能急剧下降的缺点，本发明受低共熔溶剂的启发，通过将氢键受体咪唑盐掺杂到氢键供体含羧基聚丙烯酸酯中的简单方法，制备得到具有高延伸率、良好的导电性等优点的导电弹性体。本发明提出的导电弹性及其制备方法丰富了导电弹性体体系并将为更多具有高拉伸性和良好电导率的离子导电弹性体材料的制备提供新的思路。
技术方案
一种高延伸率咪唑盐掺杂的导电弹性体，其特征在于组份为氢键受体咪唑盐和氢键供体含羧基聚合物，其中咪唑盐占含羧基聚合物的质量分数为10％～40％。
所述氢键受体咪唑盐包括但不限于1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑鎓氯化物([HOEtMIm]Cl)、1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯盐或1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐。
所述的氢键供体包括但不仅限于含羧基的聚丙烯酸酯弹性体。
一种制备所述高延伸率咪唑盐掺杂的导电弹性体的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将咪唑盐和含羧基聚合物加入A与B两种混合溶剂中，其中咪唑盐占含羧基聚合物的质量分数为10％～40％；所述A溶剂为乙醇、甲醇或乙二醇；B溶剂为四氢呋喃；
步骤2：对步骤1的混合物进行搅拌，温度为30～50℃，直至固体完全溶解得到均一的溶液；
步骤3：将溶液转移至四氟乙烯培养皿中水平放置蒸发溶剂，得到的掺杂有咪唑盐复合膜即高延伸率咪唑盐掺杂的导电弹性体。
所述混合溶剂中B溶剂的体积比为25％～100％。
所述搅拌采用机械搅拌，转速为600～1200rpm。
所述步骤3得到的高延伸率咪唑盐掺杂的导电弹性体在鼓风烘箱中进一步干燥后保存在装有硅胶的干燥器中。
有益效果
本发明提出的一种高延伸率咪唑盐掺杂的导电弹性体及制备方法，克服了传统柔性导电材料制备过程复杂、成本高、导电填料易团聚以及大变形条件下材料导电性能急剧下降的缺点，具体涉及将咪唑盐(氢键受体)掺杂到含羧基聚丙烯酸酯(氢键供体)中制备导电弹性体的过程，所得弹性体具有高延伸率，良好的导电性、热稳定性和高电压稳定性等优点。通过改变聚合物基体的羧基含量和咪唑盐掺杂量，可以对其机械性能和导电性进行调控。本发明丰富了导电弹性体体系并为更多具有高延伸率和良好电导率的离子导电弹性体材料的制备提供新的思路。
本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：
1.咪唑盐和聚合物分子链上的羧基之间通过氢键相互作用缔合，咪唑盐均匀地分散在聚合物基体中，不存在团聚问题。
2.该种导电弹性体可承受大变形，且导电率较好，应用前景广阔。
3该方法克服了传统柔性导电材料制备过程复杂且成本高、导电填料易团聚以及大变形条件下材料的导电性能急剧下降的缺点。
4.通过改变聚合物基体和咪唑盐掺杂量可以对材料整体的机械性能和导电性进行调控，进一步优化空间大。
5.本发明丰富了导电弹性体体系并将为更多具有高拉伸性和良好电导率的离子导电弹性体材料的制备提供新的思路。
附图说明
图1：制备咪唑盐掺杂离子导电弹性体的实验流程图
图2：咪唑盐掺杂的导电弹性体的应力-应变曲线图
图3：咪唑盐掺杂前(上)和咪唑盐掺杂后(下)弹性体的AFM形貌图、相图和高度图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：咪唑盐掺杂的导电弹性体的制备
将0.60g的[HOEtMIm]Cl和4.0g含羧基聚丙烯酸酯弹性体添加到15mL乙醇和5mL四氢呋喃混合溶剂中，搅拌后获得均一的溶液并将溶液转移至内径为60mm四氟乙烯培养皿中水平放置蒸发溶剂。随后，将初步得到的掺杂有咪唑盐复合膜在鼓风烘箱中90℃下进一步干燥3h即可得到导电弹性体膜材料,保存在装有硅胶的干燥器中备用。
实施例2：咪唑盐掺杂的导电弹性体的制备
将1.0g的[HOEtMIm]Cl和4.0g含羧基聚丙烯酸酯弹性体添加到15mL乙醇和5mL四氢呋喃混合溶剂中，搅拌后获得均一的溶液并将溶液转移至内径为60mm四氟乙烯培养皿中水平放置蒸发溶剂。随后，将初步得到的掺杂有咪唑盐复合膜在鼓风烘箱中90℃下进一步干燥3h即可得到导电弹性体膜材料,保存在装有硅胶的干燥器中备用。
实施例3：咪唑盐掺杂的导电弹性体的制备
将1.4g的[HOEtMIm]Cl和4.0g含羧基聚丙烯酸酯弹性体添加到15mL乙醇和5mL四氢呋喃混合溶剂中，搅拌后获得均一的溶液并将溶液转移至内径为60mm四氟乙烯培养皿中水平放置蒸发溶剂。随后，将初步得到的掺杂有咪唑盐复合膜在鼓风烘箱中90℃下进一步干燥3h即可得到导电弹性体膜材料,保存在装有硅胶的干燥器中备用。
实施例4：咪唑盐掺杂的导电弹性体的制备
将1.4g的1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯盐和4.0g含羧基聚丙烯酸酯弹性体添加到15mL乙醇和5mL四氢呋喃混合溶剂中，搅拌后获得均一的溶液并将溶液转移至内径为60mm四氟乙烯培养皿中水平放置蒸发溶剂。随后，将初步得到的掺杂有咪唑盐复合膜在鼓风烘箱中90℃下进一步干燥3h即可得到导电弹性体膜材料,保存在装有硅胶的干燥器中备用。
实施例5：咪唑盐掺杂的导电弹性体的制备
将1.2g 1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和4.0g含羧基聚丙烯酸酯弹性体添加到15mL乙醇和5mL四氢呋喃混合溶剂中，搅拌后获得均一的溶液并将溶液转移至内径为60mm四氟乙烯培养皿中水平放置蒸发溶剂。随后，将初步得到的掺杂有咪唑盐复合膜在鼓风烘箱中90℃下进一步干燥3h即可得到导电弹性体膜材料,保存在装有硅胶的干燥器中备用。
实施例6：咪唑盐掺杂的导电弹性体的制备
将1.2g的[HOEtMIm]Cl和4.0g含羧基聚丙烯酸酯弹性体添加到20mL四氢呋喃中，搅拌后获得均一的溶液并将溶液转移至内径为60mm四氟乙烯培养皿中水平放置蒸发溶剂。随后，将初步得到的掺杂有咪唑盐复合膜在鼓风烘箱中90℃下进一步干燥3h即可得到导电弹性体膜材料,保存在装有硅胶的干燥器中备用。
