电热双响应性形状记忆聚乳酸/聚氨酯/银纳米线复合薄膜的制备及其性能研究

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近几年来,随着航空航天、医疗、电子等领域的发展,以生物基材料为基体的聚合物形状记忆材料(SMP)逐渐受到广大研究者们的青睐。由于SMP种类繁多、易于加工、形状记忆性能出色成为目前重要的研究领域之一。SMP除了传统的热响应外,以电、光、磁为响应条件的聚合物形状记忆复合材料也逐渐出现的人们视野当中。同时为了推动聚合物形状记忆材料领域的发展,来获得多响应性以及形状记忆性能优良的SMP为主要研究方向,以操作简单、原料易得、制备效率高、产品性能调节方便的新型制备方法不断涌现。本论文首先使用旋涂组装的方法制备了聚乳酸(PLLA)和热塑性聚氨酯弹性体(TPU)组成的具有三明治结构的热响应形状记忆复合薄膜。所制备的薄膜具有优异的透明性,经紫外-可见分光光度计测试,其透光率最高可达98%。通过扫描电子显微镜(SEM)对组装薄膜的微观结构进行表征,发现材料具有典型的层层双连续结构,PLLA与TPU相的界面相容性比较好,保证了材料优异的形状记忆性能。通过动态热机械分析仪(DMA)对组装的P/T/P和T/P/T(P代表PLLA,T代表TPU)三层薄膜进行形状记忆性能的测试发现,T/P/T结构的薄膜具有更好的形状恢复性能。此外我们分别对T/P/T/P/T五层和T/P/T/P/T/P/T七层薄膜的形状记忆性能进行了探究,发现随着薄膜交替层数的增多,材料的形状固定率增高而形状恢复率有所降低。为了赋予上述组装薄膜电响应形状记忆特性以此拓展其应用范围,我们选择了具有导电性能出色、高长径比和耐曲挠性的银纳米线(AgNW)作为导电填料与PLLA/TPU组装薄膜复合,以实现组装薄膜的电响应形状记忆行为。其中,AgNW的合成采用了目前比较成熟的多元醇法,以乙二醇(EG)为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为封端剂,硝酸银(AgNO3)作为银源,六水合氯铂酸(H2PtCl6?6H2O)作为成核剂,在氮气氛围下成功合成出了AgNW。通过调节PVP与AgNO3的比例以及PVP与AgNO3混合溶液的滴加速度,探讨了不同工艺条件对AgNW形貌的影响。最后制备出长径比在800左右的AgNW,其直径为60-90nm,长度可达30-50μm。利用模板转移法和旋涂组装相结合的方式将AgNW成功复合到T/P/T三明治结构薄膜的表面上。随着AgNW沉积层数的增加,复合薄膜的导电性能逐渐提高。随着施加电压的升高,复合薄膜的电生热速率加快。通过对复合薄膜进行电响应形状记忆性能的表征,薄膜在3 V的电压下2.9 s即可恢复至初始形状。本文通过将旋涂组装和模板转移法相结合的方式制备了具有层层结构的电热双响应性形状记忆薄膜,大大拓展了其在形状记忆材料领域中的应用。
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