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(shí)際生活中都具有非常廣泛的用途。例如，醫(yī)學(xué)研究中細(xì)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(diǎn)。在現(xiàn)有的文獻(xiàn)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(xiàn)“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(xì)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(gè)小時(shí)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(dāng)壓力釋放時(shí)，多孔材料吸收溶液，此時(shí)，分散在緩沖液中的單壁碳納米管進(jìn)入材料內(nèi)部的孔隙當(dāng)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(diǎn)。有其他文獻(xiàn)采用經(jīng)過分級(jí)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(jìn)行充分混合后，對(duì)聚二甲基硅氧烷進(jìn)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(duì)填充粒子的大小進(jìn)行分級(jí)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(jìn)行粒子浸出時(shí)，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(xì)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(shí)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(fèi)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(jìn)入多孔材料的孔隙內(nèi)部，具有一定的工藝不確定性，同時(shí)不利于實(shí)現(xiàn)后續(xù)的工藝自動(dòng)化。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)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(jí)篩選、填充粒子表面微量融合固化處理和負(fù)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(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)融合，之后放入烘箱中進(jìn)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(jī)中進(jìn)行負(fù)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(jìn)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(jìn)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(jī)中進(jìn)行負(fù)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(jìn)行干燥處理，即可得到結(jié)構(gòu)化柔性導(dǎo)電多孔材料。進(jìn)一步地，所述填充粒子為糖或氯化鈉的顆粒狀粒子。進(jìn)一步地，所述填充粒子的大小通過分級(jí)篩選進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(gè)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(jí)篩選、填充粒子表面微量融合固化處理和負(fù)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(dāng)中，為使導(dǎo)電材料快速且均勻充分的進(jìn)入柔性多孔材料，使用負(fù)壓促滲的方法，不僅使得導(dǎo)電材料均勻充分的填充進(jìn)入柔性多孔材料孔隙內(nèi)部，而且其過程所需時(shí)間也大大縮短，進(jìn)一步提高了制備速度。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(biāo)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(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)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(gè)實(shí)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(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)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(jì)制備出符合實(shí)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(jì)。(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(duì)填充粒子大小的分級(jí)篩選來對(duì)多孔材料的孔隙大小進(jìn)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(shí)間，使得填充粒子相互接觸的表面部分通過微量溶解實(shí)現(xiàn)融合(具體過程如圖2所示)，接著放入烘箱中進(jìn)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(gè)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(jī)進(jìn)行負(fù)壓促滲處理，幫助聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體快速充分的進(jìn)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(jìn)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(jìn)行填充粒子的浸出(如圖(f))，浸出完成后對(duì)樣品進(jìn)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(dāng)中，如圖1(h)，放入真空抽氣機(jī)進(jìn)行負(fù)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(jìn)入多孔材料的孔隙內(nèi)部。待氣泡消失干凈后，取出樣品進(jìn)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(shí)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(shí)施例采用一個(gè)底部為球形凹面的有機(jī)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(duì)鹽粒進(jìn)行分級(jí)篩選。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(gè)級(jí)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(jí)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(gè)小時(shí)，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(gè)小時(shí)，此時(shí)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(gè)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(jìn)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(jī)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(shí)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(jìn)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(jī)中進(jìn)行負(fù)壓促滲處理，聚二甲基硅氧烷的預(yù)聚體進(jìn)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(duì)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(gè)小時(shí)，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(shí)的浸泡，粒子基本可以浸出完全，浸泡時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。將浸出完全的聚二甲基硅氧烷多孔材料進(jìn)行烘干，除去水分，此時(shí)結(jié)構(gòu)化柔性多孔材料7制備完成。本實(shí)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(jī)中進(jìn)行負(fù)壓促滲處理。由于氣壓作用，墨汁進(jìn)入多孔材料的內(nèi)部孔隙。待氣泡消失干凈，此時(shí)，墨汁基本充分均勻的填滿多孔材料的孔隙。取出樣品并進(jìn)行烘干，墨汁中的導(dǎo)電材料就會(huì)粘附在多孔材料的內(nèi)部孔壁之上。此時(shí)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(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3 當(dāng)前第1頁1 2 3