[發(fā)明專利]一種紅外激光驅(qū)動(dòng)的石墨烯基水凝膠馬達(dá)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710162758.9
• 申請(qǐng)日: 2017-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN106893031B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王朝陽;王薈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F220/56
• 分類號(hào): C08F220/56;C08F222/38;C08F220/54;C08F220/06;C08J3/075;C08K3/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發(fā)明公開了一種紅外激光驅(qū)動(dòng)的石墨烯基水凝膠馬達(dá)及其制備方法。該制備方法利用原位聚合及水凝膠的凝膠化過程，完成氧化石墨烯的封裝；利用水包油乳液模板法，將低沸點(diǎn)的液體燃料存儲(chǔ)在馬達(dá)的凝膠基體內(nèi)；再采用澆注法在模具中成型。本發(fā)明石墨烯基水凝膠馬達(dá)為自攜燃料式的紅外激光驅(qū)動(dòng)的水凝膠馬達(dá)，具有良好的可調(diào)控性，通過改變紅外光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)速度的控制；通過改變紅外激光的照射位置，實(shí)現(xiàn)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)方向的控制。此外，本發(fā)明石墨烯基水凝膠馬達(dá)為燃料自攜帶的馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)過程中不需要消耗環(huán)境中的額外燃料，大大擴(kuò)展了微型馬達(dá)的應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種基于氧化石墨烯的紅外吸收效應(yīng)和乳液模板法的紅外激光驅(qū)動(dòng)的水凝膠馬達(dá)及其制備方法。

背景技術(shù)

自推進(jìn)的小型化馬達(dá)憑借其多樣化的推進(jìn)系統(tǒng)、低能耗的制造方式以及廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景，引起了廣泛的興趣。目前，有許多探索微型馬達(dá)應(yīng)用的工作，例如：利用微納馬達(dá)進(jìn)行藥物或蛋白的運(yùn)輸，將微型馬達(dá)應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域以及利用微型馬達(dá)進(jìn)行生物解毒等等。化學(xué)推進(jìn)型微型馬達(dá)，依靠化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣泡來實(shí)現(xiàn)自推進(jìn)，其在燃料池中驅(qū)動(dòng)，擁有強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力，并能夠執(zhí)行多種復(fù)雜的任務(wù)，這種依靠化學(xué)能推進(jìn)的微型馬達(dá)近年來被廣泛報(bào)導(dǎo)。然而，化學(xué)推進(jìn)的微型馬達(dá)對(duì)燃料池的依賴性，不利于其更廣泛的實(shí)際應(yīng)用。因此，更多的研究者將目光投向了不依賴于外部燃料供應(yīng)，只需要接受外部刺激，如：磁場(chǎng)、電場(chǎng)、超聲、熱梯度以及光等，即可實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)的微型馬達(dá)。在這些外部刺激手段中，光是較為通用的并能量強(qiáng)大的外部刺激源，利用光刺激很容易實(shí)現(xiàn)微型馬達(dá)方向控制和速度調(diào)節(jié)。此外，近紅外光(NIR)是一種對(duì)生物體沒有損傷的能量源，我們可以通過它來精確地遠(yuǎn)程控制馬達(dá)運(yùn)動(dòng)，甚至可以穿過生物體，來調(diào)控微馬達(dá)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種紅外激光驅(qū)動(dòng)的石墨烯基水凝膠馬達(dá)，該石墨烯基水凝膠馬達(dá)為自攜燃料式的紅外激光驅(qū)動(dòng)的水凝膠馬達(dá)。

本發(fā)明目的還在于提供所述的一種紅外激光驅(qū)動(dòng)的石墨烯基水凝膠馬達(dá)的制備方法，利用水凝膠的凝膠化過程及原位聚合，完成氧化石墨烯(GO)的封裝；利用水包油乳液模板法，將低沸點(diǎn)的液體燃料存儲(chǔ)在馬達(dá)的凝膠基體內(nèi)；再采用澆注法在模具中成型。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種紅外激光驅(qū)動(dòng)的石墨烯基水凝膠馬達(dá)的制備方法，包括如下步驟：

(1)將氧化石墨烯納米片加入去離子水中，冰浴條件下超聲分散，得到分散均勻的氧化石墨烯分散液；

(2)將乳化劑加入得到的氧化石墨烯分散液中，超聲分散均勻；再加入水凝膠單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑，超聲振蕩均勻，通氮?dú)獬酰玫阶鳛樗腿橐旱乃啵?/p>

(3)以低沸點(diǎn)、不溶于水的有機(jī)溶劑作為油相，加入得到的水包油乳液的水相中，乳化，得到水包油型乳液；

(4)在得到的水包油型乳液中加入催化劑，攪拌混合均勻，再置于與馬達(dá)形狀相對(duì)應(yīng)的模具中密封，低溫下保溫，得到所述紅外激光驅(qū)動(dòng)的石墨烯基水凝膠馬達(dá)。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述氧化石墨烯納米片通過包括Brodie法、Staudenmaier法的氧化還原法，或通過改進(jìn)后的Hummers法制備得到。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述超聲分散的時(shí)間為2小時(shí)以上；所述氧化石墨烯分散液的濃度為2mg/mL～12mg/mL。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述乳化劑為水包油型乳化劑，包括吐溫80、吐溫60，或?yàn)橥聹?0用量的10％的司盤與吐溫80的復(fù)配乳化劑。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述乳化劑的用量相對(duì)于去離子水的體積分?jǐn)?shù)為0.2％～1.5％，優(yōu)選為0.5％～1％。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述超聲分散的時(shí)間為5～10min。