1. 研究目的与意义
1.1 研究背景
高分子材料以其超高的分子量、超轻的质量、优良的力学性能、绝缘性能等性能在当代人类生产生活中发挥着非常重要的作用[1]。高分子材料种类丰富，结构也不尽相同，由此也带来相当大的性能差异。特定的高分子材料还可以具备良好的光学性能，如聚碳酸酯、聚苯乙烯等[2]。功能高分子材料更是涉及到了医药、生物工程、军事等高精尖领域的诸多方面[3]。
高聚物基导电复合材料可以在高温条件下减小甚至切断电流，起到自主控温作用或者达到过流和过热保护的目的。该类材料目前广泛的适用于电路过载保护器件、自限温材料、压敏传感器、以及电磁屏蔽材料等。但是目前的导电复合材料还有很多需要解决的理论以及应用方面的问题，主要问题是多数导电复合材料的室温电阻率和渗流阀值都比较高，且电性能稳定性差，这些存在的缺点限制了导电复合材料的进一步工业化和推广，如何降低导电填料充量并且提高复合材料的导电性以及导电稳定性已成为导电复合材料研究的主要方向。
表1. 主要导电填料的室温电阻率及其性质特点
| 项目 | 填充物 | 复合物温室电阻率/Ω×m | 性质特点 |
| 碳系材料 | 炭黑 处理石墨 碳纤维 | 100-102 102-104 10-2 | 成本低，密度小，呈黑色、影响产品颜色 成本低、杂质多、电阻率高、呈黑色 高强度、高模量、抗腐蚀性、添加量小 |
| 金属填料 | 金 银 镍 铜 不锈钢 | 10-4 10-5 10-3 10-4 10-2-102 | 抗腐蚀、导电性好、成本高、密度大 抗腐蚀、导电性好、成本高、密度大 稳定性好、成本和导电性居中 导电性能较好、成本低、易氧化 主要是不锈钢丝，成本低 |
| 金属氧化物 | 氧化锌 氧化锡 | 10 10 | 稳定性比较好、颜色浅、电阻率高 稳定性较好、颜色浅、电阻率较高 |
| 导电聚合物 | 聚吡咯 聚噻吩 | 1-10 1-10 | 密度小、相容性好、电阻率高 密度小、相容性好、电阻率高 |
复合型导电高分子材料是由有机高聚物机体材料、高导电填充材料和加工助剂等构成，而前两组分是其主要部分。高聚物机体材料在聚合物基导电高分子材料中起到连续喝粘结作用，主要是利用高聚物基体的物理化学性能喝固定导电填料的性质。常见的高分子材料都可以当做基体使用。导电填充材料常见的有导电炭黑材料、金属材料以及导电高分子等。
目前，国内外很多团队进行的研究都偏向于高分子单方面的性能，因此自修复型高分子材料[4]、导电型高分子材料、磁性高分子材料[5]等等具有单一方面优势性能的材料种类较多，但是多方面功能都很突出的功能高分子材料报道较少。在自修复高分子这一领域中，无论是本征型的自修复高分子材料还是复合型的自修复高分子材料，常温下的自修复性能报道都比较少[6-8]。自修复型的导电高分子材料主要分为本征型和复合复型两种[9-14]。本征型导电高分子自修复材料指的是聚合物基高分子本身兼具自修复性能与导电性能，此类高分子一经制备，性质稳定，使用过程中不易发生结构与性能的变化，但制备工艺一般都会较为繁琐复杂，成本较高，并且难以进行性质的改良[15-17]。复合型的导电高分子自修复材料指的是在具备导电性能的高分子中掺杂可修复型微胶囊[18]或在具备自修复性能的高分子材料中掺杂导电纳米颗粒后形成的一系列材料。此类材料由多种材料复合而成，工业上可分别生产对应的材料再进行复合，生产周期短，效益相对较高。
第一代自修复高分子通过在聚合物基体中埋置修复剂微胶囊或含修复剂的液芯纤维，当聚合物基体受外力影响而形成裂纹时，会引起微胶囊或液芯纤维的破裂而释放修复剂、热固性树脂和同化剂，借助于热同性树脂修复剂的同化交联反应将裂纹“焊接”起来。Dry[19]等为探讨材料对裂纹的自修复能力，在玻璃微珠填充的环氧树脂基复合材料中嵌入长约10 cm、容积100 mL的空芯纤维，修复剂为双组分环氧树脂。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。杨红[20]等将灌注修复剂胶液的液芯光纤埋入玻璃钢复合材料中制成兼有自诊断和自修复功能的智能材料，测得其对拉伸性能的修复可以达到原始值的1/3。对压缩性能的修复达到2/3以上。Zako[21]等研究了微胶囊环氧树脂体系，损伤的材料经过热修复后强度几乎恢复到损伤前的水平。
第二代自修复高分子在埋置修复剂时采用了类似于人体血管形式的仿生方式，当聚合物内部某处现裂纹时，会将周围的宅心纤维切断，预先灌注在空心纤维中的液体修复刺在毛细作用下流出并汇集在裂纹处，液体修复剂固化后将裂纹修补好。Kathleen S Tooheys[22]等将双环戊二烯树脂灌注在类毛细血管微管系统中，并包覆在含有Grubbs催化剂的环氧树脂中做成涂层，用三点弯曲试验评价了其自修复性。该材料实现了多次自修复，且修复效率在7次修复后仍维持50％。
1.2 研究目的
基于目前自修复导电材料的研究现状，绝大多数的材料只能实现有限次数的自修复，极大限制了其在工业条件下的生产与应用，并且在自修复基体中掺杂导电颗粒使其具有导电性能之后其自修复率会再次下降，因此本课题欲制备一种理论自修复性能为无限次的自修复材料，这样在掺杂导电颗粒对其进行改性才能尽可能保留其自修复性能。在制得其自修复压阻材料的基体后，便可以进行穿戴器件的制备，进一步发掘其工业与生活用途。
1.3 研究意义
自修复高分子材料是一种应用前景十分广泛的特种功能材料，具有多种优越的性能，但是目前国内对此项材料的研究不够充分，大多是在国外的研究基础上进一步的进行研究，因此要多进行此领域的理论与实际应用方面的研究，就目前来讲还只能在前人基础上进行更加深度的研究，缩短与世界先进水平的差距。
2. 研究内容和预期目标
本课题主要研制的是一种新型自修复导电高分子材料及其器件的制备方法，并在此基础上制备有实用性的压阻材料穿戴器件的原料。2.1 自修复导电材料的制备
材料的制备是通过对二聚脂肪酸与二乙烯三胺在高温条件下聚合，并用精胺对其进行交联，课题对制备过程中的预聚、交联、掺杂、模压等工艺进行了详细研究。采用x射线衍射仪测量其成分、电子透射电镜测量粒径、傅里叶红外光谱仪测量其有机物结构，并对从宏观上在力学性能、导电性能、自修复性能等指标进行表征测试。
3. 研究的方法与步骤
3.1 研究方法本文主要制备一种复合型的导电高分子自修复材料及其结构与性能表征。主要流程是先制备自修复型的高分子材料和具有球形多孔导电颗粒，之后再将球形单质钴通过复合工艺进行复合，最后再进行保压加热反应。
3.2 研究步骤
本试验拟采用二聚脂肪酸和二乙烯三胺为单体进行交联的方案，利用二聚脂肪酸和二乙烯三胺的交替共聚形成具有线型结构的预聚产物，之后再加入导电颗粒使其与导电颗粒充分混合，最后加入精胺使线性聚合物交联形成网状聚合物，增加其机械性能，生成具有自修复性能的导电高分子材料。在本课题中，拟采用控制变量法考察二聚酸与二乙烯三胺用量配比、导电颗粒掺杂量、交联聚合时间等参数，最后取最优组合制备自修复导电材料喜穿戴器件。所制备的穿戴器件应具备自修复性能、导电性能、压力感应性能等不同的优良性能，并且在室温条件下对其自修复性能影响较小。
4. 参考文献
[1] 陈大柱, 何平笙, 杨海洋. 具有自修复能力的聚合物材料[j]. 化学通报, 2004, (2): 138-142.
[2] 徐亮, 涂建军. 光学显示双膜系pc镜片的设计与制备[j]. 功能材料, 2014, 1(45)：1135-1142.
5. 计划与进度安排
（1）2022.12.19-2022.12.30：查阅文献资料，撰写开题报告；（2）2022.01.02-2022.01.13：设计实验步骤及工艺；
（3）2022.02.20-2022.04.15：完成相关实验；
（4）2022.04.16-2022.05.15：结构表征及性能测试；
（5）2022.05.16-2022.06.08：撰写毕业论文并准备答辩。
