形变/压力敏感导电高分子复合材料的形态及性能在加工中的高效调控

Strain/pressure sensitive conductive polymer composites have attracted much attention due to their many advantages. The control of network morphology and interfacial modification of these materials have significant influence on their electrical property-strain/pressure properties. However, there are still many problems need to be studied. Such as: in terms of morphology control, systematic study through the confinement, assembly and relaxation of filler in polymer matrix to construct filler network with multiple structure characteristics needs to be carried out; the preparation method for the multilayer and porous filler network structure which were thought as potentially beneficial for strain/pressure sensing is often complicated, their sensing behavior needs to be explored during easy and large scale fabrication; the influence of the degree and method of interfacial modification on the sensitivity is not clear; the influence of the match between morphology control and interfacial modification methods on sensing properties needs to be investigated. The applicant has carried out extensive research on the morphology control of filler network on functional polymer composites. In this project, the applicant will carry out systematic research on the above problems, using processing and interfacial modification methods including: high-speed thin-wall injection molding, electro-spinning, blends, mixed filler and polydopamine coating, mainly focus on filler network with multi-layer and porous structure, and explore the preparation methods for pressure sensors used under high temperature and high pressure environment, and finally provide guidelines for the preparation of high performance strain/pressure sensitive materials.

形变/压力敏感导电高分子复合材料由于其诸多优点受到广泛关注。该类材料的填料网络形态及其界面对材料电性能形变/压力敏感性能影响显著。然而仍有众多问题亟待研究。如：在填料形态调控方面缺乏系统利用填料在聚合物中受限、组装及松弛制备具有复合结构特征的填料网络；而具有较好潜力的多层及多孔填料网络结构制备方法较为复杂，需在简易、规模化制备中探索其敏感行为；不同界面改性程度及方式对敏感性能的影响不明确；不同形态调控与界面改性方法间的匹配对敏感性能的影响。在申请人前期工作中，围绕填料形态调控及其多功能化开展了诸多研究。本项目中申请人将针对上述问题开展系统研究，利用高速薄壁注塑、电纺丝、共混物、共混填料及聚多巴胺包覆等加工及界面改性方法，主要针对涉及多层或多孔结构的复合结构特征的填料网络，并探索高温、高压环境中使用的压力敏感材料的加工和制备，为高性能形变/压力敏感材料的制备提供理论指导。

围绕导电高分子复合材料形变敏感行为调控的关键因素：导电网络结构及界面作用力开展工作，提出微裂纹、多层结构、刚性金属粒子、填料表面改性、薄膜表面微结构等新方法，成功获得具有特殊敏感行为的形变敏感材料。实现电导率在20%形变下上升5-6个数量级，在较宽压力范围内实现高敏感度，并实现太赫兹波在材料中通过率的调控以及生物体内物体尺寸的精确测量。并探索形变敏感材料在EMI屏蔽、高电导率、良好回弹性、良好热电性能、以及自供电传感器等方面的应用。.. 此外，项目首次提出基于微米级聚合物树枝状胶束制备功能高分子复合材料的新方法，利用胶束抓取填料（类似树根抓取土壤），形成填料间的直接搭接。这类仿生复合材料在填料含量达90wt.%以上仍具有很好的柔性、自支撑性、高电导率、热电性能、电磁屏蔽性能、形变敏感性能等。进一步发现由于树枝状胶束与载体较强的相互作用，可用于涂覆各类功能填料于多孔泡沫，制备具有极低电阻（0.2欧姆）、低模量、低PIM的弹性导体。在与华为公司的合作中，基于上述技术制备了具有优异性能的弹性导体。其初期指标优于消费电子产品目前使用的方案，满足华为的需求。目前正在进行上机实验，力争实现该弹性导体在各类消费电子中的应用。. . 项目首次提出形态调控“工具盒”的概念，探索一系列新方法对形态结构的影响。总结和分析整体加工策略和加工方式对形貌结构和性能的影响。期望为功能高分子复合材料的设计和制备提供新的见解，推动未来各类功能高分子复合材料的智能设计。基于上述“工具盒”，在接地导电胶的制备中，通过不同方法间的合理组合，实现导电胶在电导率、粘接性能、耐老化性能、储存性能等方面的平衡。已与合作企业共同针对该材料开展中试及量产，形成30万平米每年的产能，并成功进入华显光电产品池。. . 发表15篇SCI论文，申请国家发明专利8项（其中华为2项），日本发明专利1项。授权国家发明专利3项，转让1项。