[發明專利]一種具有能量轉化效應的形狀記憶Janus材料的制備方法

有效

• 申請號: 201711244539.1
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108049241B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 郭志光;田盼
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: D21H19/22
• 分類號: D21H19/22
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武

本發明公開一種具有能量轉化效應的形狀記憶Janus材料的制備方法，著眼于設計和制備具有不對稱表面性質的紙片(Janus紙片)，以實現可控的不對稱潤濕和溶脹行為并以此驅動材料的宏觀可逆形變，以實現從溶脹勢能到機械能的轉化。本發明包括工作平臺的搭建、Janus紙片的制備、能量轉化裝置的設計與評估等步驟。所得的Janus紙片材料在水環境中短時間發生彎曲形變，形變后曲率達到200m^?1。該Janus紙片在空載和載荷條件下都具有穩定的形變終點，展現出良好的形狀記憶功能。在能量轉化過程中，該紙片也展現良好的穩定性和靈敏度。本發明制備工藝簡單，原料易得，無毒環保，成本低廉，穩定性強，適合大面積制備，并在未來傳感器件等領域具有光明的應用前景。

技術領域

本發明屬于不對稱表面潤濕材料制備技術領域，特別涉及制備具有不對稱潤濕性，不對稱溶脹性，形狀記憶功能材料的方法。

背景技術

具有不對稱性質的界面在自然界中廣泛存在，如荷葉上下表面潤濕性的巨大差異，生物細胞膜的選擇透過性等等。對自然界這種不對稱性的仿生設計往往賦予界面材料許多獨特性能，例如流體的定向透過性，選擇黏附性等，可應用于流體定向傳輸，乳液分離，膜蒸餾等領域。

溶脹是高分子聚合物在溶劑中體積發生膨脹的過程，該過程相對穩定易于控制，宏觀上可用于超吸附材料等，微觀上又可用于控制材料表面形貌，微觀尺寸，結構網絡等。對于宏觀上溶脹驅動的形狀記憶材料，往往著眼于溶脹終點的設計，這一手段方便高效，穩定性高，可控性強，且成本低廉，在能量轉化器件，環境傳感器件等領域都具有光明的應用前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡便，環保地制備具有能量轉化效應的形狀記憶 Janus紙片材料的方法。通過利用其穩定的不對稱潤濕性和溶脹性，控制材料的宏觀形變，從而實現了從溶脹勢能到機械勢能的轉變。這一過程可控性強，穩定性高，原料易得，成本低廉，具有較高的實際應用價值。

實現本發明目的的技術方案是：一種具有能量轉化效應的形狀記憶Janus材料的制備方法，其步驟如下：

A.工作平臺的搭建：與水平面成一定角度傾斜固定電吹風機，在其出風口上沿固定鏤空的不銹鋼網框架，保證不銹鋼網垂直于電吹風工作時的氣流方向，并使鏤空處正對出風口，出風口與鏤空處在氣流方向上成一定距離；

B.Janus紙片的制備：配置一定比例的聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰胺溶液，將定性濾紙裁剪成一定規格，在步驟A中工作平臺鏤空處用夾子固定清潔的定性濾紙紙片，保持電吹風持續工作，同時滴管汲取預制的聚合物溶液滴到紙片上表面，在重力作用下，聚合物溶液流延至覆蓋整個上表面，待上表面聚合物完全固化后，停止電吹風工作，取下紙片，移至60℃干燥箱退火備用，至此完成疏水/超親水Janus紙片的制備；

C.能量轉化裝置的設計與評估：將步驟B中制備的紙片的一邊固定使之垂直懸掛，在下沿處墜掛一定質量的重物，對紙片親水側噴水，記錄彎曲形變過程和最大形變狀態。

進一步地，步驟A中，所述電吹風傾斜角度為30°。

進一步地，步驟A中，所述出風口與鏤空處在氣流方向上距離為3cm。

進一步地，步驟B中，所述聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰胺配制比例為1.5g 聚偏氟乙烯粉末溶于10ml N,N-二甲基甲酰胺。

進一步地，步驟B中，所述定性濾紙紙片裁剪規格為2cm×4cm。

進一步地，步驟C中，所述能量轉化裝置中墜掛重物質量為2.5g。

本發明的有益效果是：與現有技術相比，本發明的優點在于：

1.工藝簡單，原料易得，無毒環保，成本低廉。