本發(fā)明屬于導(dǎo)電多孔材料領(lǐng)域，更具體地，涉及一種結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的制備方法及應(yīng)用該方法制備的柔性導(dǎo)電多孔材料。
背景技術(shù)：
：：結(jié)構(gòu)化柔性多孔材料及結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料在科研和實際生活中都具有非常廣泛的用途。例如，醫(yī)學研究中細胞培養(yǎng)、生物組織工程等需要依附于某種生物相容性好、孔徑大小可控、具有高互聯(lián)互通率的柔性多孔材料；用于治理海洋污染的油吸附材料則需要某種具有高油吸附能力(即高互聯(lián)互通率)、超疏水性和超親油性、環(huán)保、可回收重復(fù)利用的柔性多孔材料；以柔性多孔材料為載體制作出的柔性導(dǎo)電多孔材料則可以作為壓阻材料應(yīng)用于觸覺傳感設(shè)備，也可以利用其多孔特性和超疏水性制作成為漂浮電極等。綜上，如何用靈活、高效且低成本的方法，制備出具有結(jié)構(gòu)化外形、高孔隙互聯(lián)互通率、孔徑大小可控的柔性多孔材料及柔性導(dǎo)電多孔材料成為人們的研究重點。在現(xiàn)有的文獻和專利中提出的柔性多孔材料、柔性導(dǎo)電多孔材料的制備方法中，存在諸多不足和缺陷，如不具備結(jié)構(gòu)化外形，多孔結(jié)構(gòu)的孔隙大小不易控制，孔隙之間互聯(lián)互通率差，粒子浸出不充分，制備速度慢等。文獻“Flexible,compressible,hydrophobic,floatable,andconductivecarbonnanotube-polymersponge”(HanJW,KimB,LiJ,etal.Appliedphysicsletters,2013,102(5):051903.)公開了一種柔性多孔材料的制備方法：采用方糖作為多孔材料反結(jié)構(gòu)，將混合好的聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體連續(xù)滴加在方糖上，利用毛細作用使聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體填滿方糖中的空隙。待聚二甲基硅氧烷完成固化后，修剪多余的聚二甲基硅氧烷直至方糖表面暴露出來，將其放置在超聲水浴的熱水中兩個小時以除去方糖。方糖溶解完全后，即可獲得柔性多孔材料。其次，作者通過在多孔材料中填充單壁碳納米管的方法獲得柔性導(dǎo)電多孔材料：將單壁碳納米管分散在二甲基甲酰胺(DMF)緩沖液中，然后用獲得的溶液滴加在擠壓狀態(tài)的柔性多孔材料上，當壓力釋放時，多孔材料吸收溶液，此時，分散在緩沖液中的單壁碳納米管進入材料內(nèi)部的孔隙當中，得到柔性導(dǎo)電多孔材料。在這一整套方法中，首先作者采用方糖作為多孔材料的反結(jié)構(gòu)，制備出的多孔材料外形同方糖一樣呈現(xiàn)出塊狀結(jié)構(gòu)，不能根據(jù)不同需求靈活的制備各種結(jié)構(gòu)化的外形。其次，采用方糖作為多孔材料反結(jié)構(gòu)制備出的多孔材料，其孔隙大小取決于糖的粒度，具有孔隙大小不可控的缺點。有其他文獻采用經(jīng)過分級篩選的氯化鈉顆粒作為填充粒子，將聚二甲基硅氧烷與氯化鈉顆粒進行充分混合后，對聚二甲基硅氧烷進行固化處理，接著再浸出氯化鈉顆粒，最終制備出柔性多孔材料，這一方法雖然可以通過對填充粒子的大小進行分級篩選來控制多孔材料的孔隙大小，但是由于填充粒子之間相互分離，在進行粒子浸出時，部分填充粒子被完全包裹在聚二甲基硅氧烷中，導(dǎo)致填充粒子浸出速度慢且浸出不完全、多孔材料內(nèi)部孔隙互聯(lián)互通率差等問題。再者，作者利用毛細作用使聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體填滿方糖中的空隙，這一過程較為緩慢，且不易判斷聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體何時填滿空隙。而且，待聚二甲基硅氧烷固化完成后還要修剪多余的聚二甲基硅氧烷，浪費部分材料。最后，作者提出通過擠壓柔性多孔材料使其吸收含有導(dǎo)電材料的溶液的方法來制備柔性導(dǎo)電多孔材料，這不能保證多孔材料內(nèi)部全部吸收到了溶液，即不確定導(dǎo)電材料是否均勻充分的進入多孔材料的孔隙內(nèi)部，具有一定的工藝不確定性，同時不利于實現(xiàn)后續(xù)的工藝自動化。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的制備方法及應(yīng)用該方法制備的柔性導(dǎo)電多孔材料，其目的在于通過填充粒子分級篩選、填充粒子表面微量融合固化處理和負壓促滲相結(jié)合的處理方法，使得制備過程中填充粒子浸出速度快且浸出充分，制備出的柔性多孔材料孔隙大小可控且具有較高孔隙互聯(lián)互通率。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的制備方法，該方法包括如下步驟：(1)設(shè)計模具；(2)向所述模具中加入填充粒子，并將模具置入封閉潮濕的環(huán)境中處理，使得填充粒子相互接觸的表面部分通過微量溶解實現(xiàn)融合，之后放入烘箱中進行干燥處理；(3)將聚二甲基硅氧烷的預(yù)聚體注入經(jīng)步驟(2)處理后的所述填充粒子上，再將所述模具放入真空抽氣機中進行負壓促滲處理，待氣泡完全消失后取出模具，之后將所述模具送入烘箱中進行聚二甲基硅氧烷的固化處理，再將所述模具放入去離子水中以浸出填充粒子，浸出完成后進行干燥處理從而得到結(jié)構(gòu)化柔性多孔材料；(4)將上述制備的結(jié)構(gòu)化柔性多孔材料完全浸入到含有導(dǎo)電材料的溶液中，并放入真空抽氣機中進行負壓促滲處理，待氣泡消失干凈后，取出所述結(jié)構(gòu)化柔性多孔材料進行干燥處理，即可得到結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料。進一步地，所述填充粒子為糖或氯化鈉的顆粒狀粒子。進一步地，所述填充粒子的大小通過分級篩選進行控制。優(yōu)選地，所述填充粒子大小為150um以下、150um～300um、300um～450um或450um以上。進一步地，所述聚二甲基硅氧烷的預(yù)聚體為聚二甲基硅氧烷的前基體和固化劑的混合物。進一步地，所述導(dǎo)電材料為石墨、碳納米管、碳納米線或銀納米線材料。按照本發(fā)明的另一個方面，提供一種應(yīng)用所述的一種結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的制備方法制備的結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料?？傮w而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：(1)本發(fā)明的制備方法，在制備結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的過程中，通過填充粒子分級篩選、填充粒子表面微量融合固化處理和負壓促滲相結(jié)合的處理方法，使得制備過程中填充粒子浸出速度快且浸出充分，制備出的柔性多孔材料孔隙大小可控且具有較高孔隙互聯(lián)互通率。(2)本發(fā)明提出一種能靈活制備出材料的結(jié)構(gòu)化外形的方法，在結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的制備之初，通過結(jié)構(gòu)化模具和填充粒子表面微量融合固化處理這兩者相結(jié)合，使得人們可以根據(jù)不同需求靈活的制備各種結(jié)構(gòu)化的外形。(3)本發(fā)明的方法，在結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的制備當中，為使導(dǎo)電材料快速且均勻充分的進入柔性多孔材料，使用負壓促滲的方法，不僅使得導(dǎo)電材料均勻充分的填充進入柔性多孔材料孔隙內(nèi)部，而且其過程所需時間也大大縮短，進一步提高了制備速度。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例的一種結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的制備方法的流程圖；圖2(a)為本發(fā)明實施例的一種結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的制備方法涉及填充粒子表面微量融合固化處理前的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(b)為本發(fā)明實施例的一種結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的制備方法涉及填充粒子表面微量融合固化處理后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例的一種結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的制備方法制備的結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的示意圖。所有附圖中，相同的附圖標記表示相同的結(jié)構(gòu)元件，其中：1-結(jié)構(gòu)化模具、2-填充粒子、3-密閉潮濕的環(huán)境、4-聚二甲基硅氧烷、5-包裹了填充粒子的聚二甲基硅氧烷、6-去離子水、7-多孔結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷、8-含有導(dǎo)電材料的溶液、9-結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料制備方法的具體步驟為：根據(jù)實際應(yīng)用需求，設(shè)計所需的結(jié)構(gòu)化模具；制備具有結(jié)構(gòu)化外形的柔性多孔材料；在結(jié)構(gòu)化柔性多孔材料中快速且均勻充分的填充導(dǎo)電材料。(1)設(shè)計制備出符合實際應(yīng)用需求的結(jié)構(gòu)化模具。模具取材較為廣泛，以在后續(xù)制備過程中易于脫模為選取原則，其形狀可根據(jù)不同應(yīng)用需求靈活設(shè)計。(2)制備具有結(jié)構(gòu)化外形的柔性多孔材料：首先在模具中放入一定量的填充粒子(如圖1(a)所示)。常用填充粒子有糖和氯化鈉或其他具有相似材料特性的顆粒狀粒子。由于填充粒子的大小決定了制備出的柔性多孔材料的孔隙大小，因此可通過對填充粒子大小的分級篩選來對多孔材料的孔隙大小進行控制；如圖1(b)所示，將模具置入封閉潮濕的環(huán)境中處理一段時間，使得填充粒子相互接觸的表面部分通過微量溶解實現(xiàn)融合(具體過程如圖2所示)，接著放入烘箱中進行干燥處理，固化填充粒子之間的連結(jié)，使得全部的填充粒子最終互相連結(jié)成為一個整體，構(gòu)成多孔材料的反結(jié)構(gòu)。然后將聚二甲基硅氧烷的預(yù)聚體倒入模具中的填充粒子之上(如圖1(c))，放入真空抽氣機進行負壓促滲處理，幫助聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體快速充分的進入填充粒子構(gòu)成的反結(jié)構(gòu)的空隙之中；待氣泡消失干凈后取出模具，移除多余的聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體(如圖1(d))，送入烘箱中進行聚二甲基硅氧烷的固化處理。固化完成后，從模具中取出樣品(圖1(e))，放入去離子水中進行填充粒子的浸出(如圖(f))，浸出完成后對樣品進行干燥處理即可得到柔性多孔材料，如圖1(g)。(3)在結(jié)構(gòu)化柔性多孔材料中均勻充分的填充導(dǎo)電材料。首先制作含有導(dǎo)電材料的溶液。常用的導(dǎo)電材料有石墨、碳納米管、碳納米線、銀納米線等具有微小尺度的材料或其他具有類似材料特性的導(dǎo)電材料。其次將上述步驟制備出的柔性多孔材料完全浸入到溶液當中，如圖1(h)，放入真空抽氣機進行負壓促滲處理。由于多孔材料內(nèi)的空氣被抽出，含有導(dǎo)電材料的溶液快速且充分均勻的進入多孔材料的孔隙內(nèi)部。待氣泡消失干凈后，取出樣品進行干燥處理，即可得到最終的結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料，如圖3所示。圖1為本發(fā)明實施例的一種結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料的制備方法的流程圖。如圖1所示，本實施例采用一個底部為球形凹面的有機玻璃(PMMA)容器作為結(jié)構(gòu)化模具1，選取氯化鈉顆粒作為填充粒子2。為了控制多孔材料的孔隙大小，可以對鹽粒進行分級篩選。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，將鹽粒分為150微米以下、150微米到300微米、300微米到450微米、450微米以上四個級別，可以制作出不同孔隙大小的多孔材料。首先在結(jié)構(gòu)化模具中倒入一定量的經(jīng)過分級篩選的氯化鈉顆粒2，使鹽粒盡量水平的分布在模具中，然后將水浴鍋設(shè)置為45攝氏度，將裝好氯化鈉顆粒的模具放置在水浴鍋潮濕封閉的空氣3中兩個小時，待氯化鈉顆粒之間有表面微量融合后取出放入烘箱65攝氏度烘干固化兩個小時，此時經(jīng)過表面微量融合固化處理后的氯化鈉顆粒相互連結(jié)成為一個整體。將聚二甲基硅氧烷的前基體和固化劑以10:1的比例進行充分混合得到聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體4，然后將預(yù)聚體放入真空抽氣機除去氣泡，再倒入模具，覆蓋在連結(jié)為整體的氯化鈉之上。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述聚二甲基硅氧烷的預(yù)聚體為聚二甲基硅氧烷的前基體和固化劑以10:1的比例進行充分混合后的混合物，所制得的柔性多孔材料(即聚二甲基硅氧烷)的楊氏模量根據(jù)前基體和固化劑的比例確定，比例越大，其材料的楊氏模量越小，反之，越大。接著將模具放入真空抽氣機中進行負壓促滲處理，聚二甲基硅氧烷的預(yù)聚體進入氯化鈉顆粒之間的空隙。待氣泡消失干凈即聚二甲基硅氧烷的預(yù)聚體對空隙填充完畢之后，取出模具，用針管移除上面多余的聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體，然后送入烘箱中65攝氏度烘干兩個小時，使聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體固化。固化完成后，將包裹氯化鈉的聚二甲基硅氧烷5從模具中取出，放入去離子水6中浸泡以除去氯化鈉。中途可以多次換水，加快粒子的浸出。經(jīng)過約24小時的浸泡，粒子基本可以浸出完全，浸泡時間可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。將浸出完全的聚二甲基硅氧烷多孔材料進行烘干，除去水分，此時結(jié)構(gòu)化柔性多孔材料7制備完成。本實施例選取生活中隨處可見的黑色墨汁作為含有導(dǎo)電材料的溶液。將之前制備好的多孔材料完全浸泡在墨汁中，然后放入真空抽氣機中進行負壓促滲處理。由于氣壓作用，墨汁進入多孔材料的內(nèi)部孔隙。待氣泡消失干凈，此時，墨汁基本充分均勻的填滿多孔材料的孔隙。取出樣品并進行烘干，墨汁中的導(dǎo)電材料就會粘附在多孔材料的內(nèi)部孔壁之上。此時即得到結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料9。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3 當前第1頁1 2 3