仿生本征自修复导热皮肤的制备和应用文献检索
如今柔性和可伸缩的电子设备也已经陆续出现,在健康监测、人造皮肤和植入式生物电子学方面表现出潜在的应用价值,为了保护内部精密电子设备及降低内部温度,一般在精密的电子器件表面涂覆绝缘的环氧树脂[1]或柔性橡胶作为保护及散热涂层。然而,这些方法不能在保证良好的散热效果的前提下既保证柔性可拉伸又可以抵抗由于反复磨损和意外切割或刮伤造成的机械损伤,这也是电子设备故障和使用寿命较短的的一种主要原因。为了有效的解决这一难题,研究能够自我修复的电子设备导热涂层[2],就像人类皮肤一样,能够修复内部或外部损伤并恢复关键功能,有着很大的理论及经济意义。
自我修复材料是一种在物体在受损时能够进行自我修复的新型材料,材料的智能化要求材料具有生物体具有的特殊功能,能够自动感知外界环境的刺激并作出相应的反应。智能材料的智能体现在同时具有感知和激励双重功能。也就是在无外接作用下,当材料产生微小的裂纹时,智能仿生自修复材料自我修复的能力,是模仿生物体的自修复特征得以实现的[3]。
材料自修复的方法:(1)溶剂释放修复,主要包括液芯纤维法和微胶囊法。(2)热可逆交联反应法。(3)金属磨损自修复。(4)其他类型自修复。
液芯纤维法:基本原理是将装有修复剂的空心纤维嵌入玻璃微珠填充的环氧树脂基体中,通过工艺优化制备自修复复合材料。该修复剂可以是单组分的,也可以是双组份的粘合剂。
液芯纤维自修复的概念是埋入基体的液芯纤维,在裂纹扩展时以释放修复物质而治愈裂纹时提出的。Dry[4]为探讨材料裂纹的自修复能力,在玻璃微珠填充环氧树脂的复合材料中嵌入长约 10cm、容积100mu;m3的空芯纤维,修复剂为单组分或双组分粘合剂。在动态载荷的作用下液芯纤维破裂,适时释放粘合剂到裂纹处固化,从而堵满基体裂纹,阻止裂纹的进一步扩展。
微胶囊[5]法:该技术是指将具有特定功能的单体或其它物质,与外界物质隔离开,将其作为芯材包覆于微小的容器中的方法。微胶囊的自修复过程大致为,将微胶囊化的修复剂与催化剂填充于材料之中,材料受到外力作用产生裂痕、且裂痕延伸至微胶囊时,微胶囊发生破裂,修复剂和催化剂释放至裂痕处并填充裂痕、发生交联,将裂痕面再重新连接到一起,从而达到自修复的目的。
Yang等[6]报道了一种含异氰酸酯微胶囊的自修复聚氨酯材料,通过聚氨酯的界面聚合将含有异氰酸酯的微胶囊制备成具有自修复性质的聚氨酯复合材料。光滑的球形微胶囊可以根据幂律关系控制搅拌速度进行制备。当材料发生损坏时,裂痕使得微胶囊破裂,胶囊内部的修复剂释放,裂痕处进行再次交联,从而达到修复材料的目的。这种聚氨酯的壳壁厚度与胶囊的直径成线性关系。
Beierman等[7]制备了一种含微胶囊的自修复薄膜,该膜呈现为夹心式结构。其中,双组分微胶囊自愈合体系中的修复剂为端羟基聚二甲基硅氧烷/聚二乙基硅氧烷的混合体系,催化剂为聚氨酯微胶囊包裹的二丁基二月桂酸锡或辛酸亚锡。他们通过测试薄膜破损部位的气体透过性来表征薄膜的自修复性能。结果表明,该膜的修复效果与中间自修复层的厚度、微胶囊的粒径和穿孔直径密切相关。当中间的自修复层厚度为1 mm、微胶囊的平均粒径为220 mu;m、穿孔直径为0. 49 mm时,材料能够达到最好的修复效果。
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