[發(fā)明專利]一種制備宏觀與微觀結(jié)構(gòu)皆可控的材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811448491.0
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109400179B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張斗;廖晶晶;蘇波
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;B33Y10/00;B33Y70/00;B33Y70/10;B33Y80/00;C04B35/10;C04B35/48;C04B38/00;B22F3/22
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟

1.一種制備宏觀與微觀結(jié)構(gòu)皆可控的材料的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、漿料的配取

將原料A加入含分散劑的溶劑中第一次混合獲得懸浮液，然后在懸浮液中加入凝膠劑第二次混合獲得漿料；所述原料A在漿料中的體積分?jǐn)?shù)為10-40vol.％，所述原料A選自高分子材料、金屬材料、陶瓷粉體中的一種；

所述凝膠劑選自溫敏性凝膠劑或磁敏性凝膠劑，所述凝膠劑的加入量為溶劑質(zhì)量的1-20wt.％；

所述溫敏性凝膠劑選自明膠，蛋白質(zhì)，環(huán)糊精，果膠，瓊脂，PAA-PNIPAM共聚物中的至少一種；

所述磁敏性凝膠劑為磁性高分子微球，所述磁性高分子微球選自以Fe₃O₄,Fe₂O₃，NiO，Mn₂O₃中的至少一種物質(zhì)為核，以乳膠，乙烯，聚苯乙烯中的至少一種為殼制備而成的磁性高分子微球，

所述漿料在凝膠狀態(tài)時，彈性模量范圍為10²～10⁶Pa，表觀粘度在剪切速率為10～200s^-1的范圍內(nèi)為0.01～300Pa·s，

步驟二、三維結(jié)構(gòu)的坯體的制備

方案一

將漿料通過3D直寫設(shè)備，并控制漿料通過直寫設(shè)備時處于凝膠狀態(tài)，在3D直寫設(shè)備導(dǎo)熱基板下端倒入液氮，提供垂直于導(dǎo)熱基板的定向溫度場；對凝膠狀態(tài)的漿料進(jìn)行直寫成型，打印出設(shè)定的三維結(jié)構(gòu)坯體；所述漿料處于凝膠狀態(tài)后至形成三維結(jié)構(gòu)的坯體的時間為5～60min；

所述漿料通過直寫設(shè)備時處于凝膠狀態(tài)通過如下方式實現(xiàn)：一是漿料形成凝膠狀態(tài)后裝載于3D直寫設(shè)備，二是當(dāng)漿料中加入的為溫敏性凝膠劑時，將漿料裝載于3D直寫設(shè)備后，打印前通過直寫設(shè)備進(jìn)行溫度控制使?jié){料形成凝膠狀態(tài)，所述溫度控制是指讓漿料處于凝膠劑的凝膠點之下；三是當(dāng)漿料中加入的為磁敏性凝膠劑時，將漿料裝載于3D直寫設(shè)備后，打印前通過給直寫設(shè)備施加磁場實現(xiàn)漿料形成凝膠狀態(tài)；

或

方案二

將漿料通過3D直寫設(shè)備，并控制漿料通過直寫設(shè)備時處于凝膠狀態(tài)，對凝膠狀態(tài)的漿料進(jìn)行直寫成型，在導(dǎo)熱基板上打印出設(shè)定的三維結(jié)構(gòu)的粗坯，然后將粗坯置于定向溫度場中進(jìn)行冷凍處理，獲得三維結(jié)構(gòu)的坯體，所述導(dǎo)熱基板的溫度＜所用凝膠劑的凝膠點，所述冷凍處理的溫度所用溶劑的凝固點；所述漿料處于凝膠狀態(tài)后至形成三維結(jié)構(gòu)的坯體的時間為5～60min；

所述漿料通過直寫設(shè)備時處于凝膠狀態(tài)通過如下方式實現(xiàn)：一是漿料形成凝膠狀態(tài)后裝載于3D直寫設(shè)備，二是當(dāng)漿料中加入的為溫敏性凝膠劑時，將漿料裝載于3D直寫設(shè)備后，打印前通過直寫設(shè)備進(jìn)行溫度控制使?jié){料形成凝膠狀態(tài)，所述溫度控制是指讓漿料處于凝膠劑的凝膠點之下；三是當(dāng)漿料中加入的為磁敏性凝膠劑時，將漿料裝載于3D直寫設(shè)備后，打印前通過給直寫設(shè)備施加磁場實現(xiàn)漿料形成凝膠狀態(tài)；

步驟三、宏觀與微觀結(jié)構(gòu)皆可控的材料的制備

將具有三維結(jié)構(gòu)的坯體進(jìn)行冷凍干燥，然后燒結(jié)即獲得宏觀與微觀結(jié)構(gòu)皆可控的材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備宏觀與微觀結(jié)構(gòu)皆可控的材料的方法，其特征在于：所述分散劑選自離子型分散劑或非離子型分散劑；所述分散劑為原料A質(zhì)量的0.1～5wt％；所述離子型分散劑選自聚陰離子聚電解質(zhì)或聚陽離子聚電解質(zhì)，所述聚陰離子聚電解質(zhì)選自聚丙烯酸、聚乙烯酸、聚丙烯酸氨、聚丙烯酸鹽、聚羧酸鹽中的至少一種，所述聚陽離子聚電解質(zhì)為聚乙烯亞胺，所述非離子型分散劑選自聚氧化乙烯，OP分散劑中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備宏觀與微觀結(jié)構(gòu)皆可控的材料的方法，其特征在于：所述懸浮液配取過程還包括脫泡過程，所述脫泡的方法為消泡劑脫泡法、真空脫泡或靜置脫泡。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備宏觀與微觀結(jié)構(gòu)皆可控的材料的方法，其特征在于：當(dāng)所述漿料在凝膠狀態(tài)時，在20-80s^-1的剪切速率范圍內(nèi)，表觀粘度＞200Pa·s時，加入流變性能調(diào)節(jié)劑；所述流變性能調(diào)節(jié)劑選自甘油，纖維素，雜多糖，異多糖，環(huán)氧樹脂、殼聚糖、阿拉伯樹膠，PVA，PVB中的至少一種；所述漿料中，流變性能調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤8wt％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備宏觀與微觀結(jié)構(gòu)皆可控的材料的方法，其特征在于：所述冷凍干燥的溫度為所用溶劑凝固點0～-80℃；所述冷凍干燥的時間為0.5-5天。