[發(fā)明專利]一種基于光響應(yīng)結(jié)構(gòu)可逆重塑的水定向傳輸材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811182574.X
• 申請(qǐng)日: 2018-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN109337099B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿洪亞;曲良體;李春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J5/02
• 分類號(hào): C08J5/02;C08J7/18;C08L83/04;C08K3/04;F17D1/08
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢;王春霞

本發(fā)明公開了一種基于光響應(yīng)結(jié)構(gòu)可逆重塑的水定向傳輸材料及其制備方法與應(yīng)用。所述水定向傳輸材料為具有光熱轉(zhuǎn)化能力的管狀結(jié)構(gòu)，所述管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁修飾熱敏性水凝膠；所述管狀結(jié)構(gòu)由支撐骨架和摻雜于所述支撐骨架中的光熱轉(zhuǎn)換材料制成；所述熱敏性水凝膠通過自由基聚合的方式修飾于所述管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁上。本發(fā)明提供的水定向傳輸材料，具有制備簡單、易操作，原材料價(jià)格低廉，適用于大規(guī)模生產(chǎn)；可利用太陽光這種普遍存在，綠色的能源作為驅(qū)動(dòng)力源，是一種低碳綠色的傳輸方式；能夠通過改變光照強(qiáng)度的方式對(duì)水傳輸?shù)乃俣冗M(jìn)行調(diào)變；通過改變光照方向可以遠(yuǎn)程調(diào)控水傳輸?shù)姆较颍煌ㄟ^開啟關(guān)閉光源，實(shí)現(xiàn)對(duì)水傳輸?shù)膯?dòng)和停止。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于光響應(yīng)結(jié)構(gòu)可逆重塑的水定向傳輸材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于功能材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水可控、定向傳輸對(duì)于水收集、生物檢測(cè)、海水淡化和油水分離等領(lǐng)域具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，現(xiàn)有的水傳輸技術(shù)主要是基于預(yù)設(shè)的表面各向異性結(jié)構(gòu)和浸潤性，水傳輸設(shè)備制備過程復(fù)雜，制備過程能耗高，利用其進(jìn)行水收集時(shí)效率低下，且不具備水定向傳輸?shù)姆较虻目煽匦院瓦h(yuǎn)程可控性，無法對(duì)水傳輸進(jìn)行遠(yuǎn)距離的啟動(dòng)、停止和方向性的控制，這嚴(yán)重制約了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，無法滿足現(xiàn)實(shí)的需求。在所有外界刺激響應(yīng)源中，光能以其豐富、廉價(jià)和綠色等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注，通過一定的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)光熱、光機(jī)械和光電等的轉(zhuǎn)換因此受到廣泛研究。

此外，聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠是近年來研究廣泛的熱敏性高分子，在溫度高于最低臨界相轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，材料本身由于甲基疏水段的裸露，釋放出氨基和羥基周圍環(huán)繞的水分子，因而發(fā)生可逆性的結(jié)構(gòu)踏縮和疏水性變化，且該過程具有十分良好的可逆性，在溫度低于最低臨界相轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，高分子材料體積和親水性得到恢復(fù)。然而，聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠機(jī)械穩(wěn)定性差，成型困難，單純的聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠相轉(zhuǎn)變溫度無法調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于光響應(yīng)結(jié)構(gòu)可逆重塑的水定向傳輸材料，該材料可以在光照條件下發(fā)生內(nèi)壁的可逆性塌縮和膨脹，因此內(nèi)徑逐漸增加，與此同時(shí)，其浸潤性可由親水向疏水轉(zhuǎn)變，因此，水在Laplace壓差和表面浸潤性各向異性的作用下，向著內(nèi)徑更窄，表面更加親水的方向移動(dòng)，也就是與光照方向相反的方向移動(dòng)，并且水的傳輸、停止和方向可以通過光照進(jìn)行控制。

具體地，本發(fā)明所提供的基于光響應(yīng)結(jié)構(gòu)可逆重塑的水定向傳輸材料，為具有光熱轉(zhuǎn)化能力的管狀結(jié)構(gòu)，所述管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁修飾熱敏性水凝膠。

修飾所述熱敏性水凝膠后的所述管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑為毫米級(jí)別，其長度為分米和米級(jí)別以上；

即本發(fā)明水定向傳輸材料的微觀結(jié)構(gòu)呈管狀，內(nèi)徑為毫米級(jí)別，其長度為分米和米級(jí)別以上。

所述水定向傳輸材料中，所述管狀結(jié)構(gòu)由支撐骨架和摻雜于所述支撐骨架中的光熱轉(zhuǎn)換材料制成；

所述光熱轉(zhuǎn)換材料的摻雜量可為所述支撐骨架質(zhì)量的0.01～1.0％，如0.025％。

所述水定向傳輸材料中，所述支撐骨架可由聚二甲氧基硅氧烷、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、玻璃、橡膠或樹脂制成，作為外部的支撐結(jié)構(gòu)；

所述光熱轉(zhuǎn)換材料可為還原氧化石墨烯、碳納米管、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩或氮化碳；

所述還原氧化石墨烯具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，可以將自然光迅速轉(zhuǎn)化為熱能，可由氧化石墨烯經(jīng)還原得到，如化學(xué)還原、熱還原、光照還原或輻照還原等方式，采用化學(xué)還原時(shí)，可采用水合肼或碘化氫作為還原劑。

所述水定向傳輸材料中，所述熱敏性水凝膠通過自由基聚合的方式修飾于所述管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁上，與內(nèi)壁緊密貼合。

所述水定向傳輸材料中，所述熱敏性水凝膠可為聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠或聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠衍生物；