[發(fā)明專(zhuān)利]一種液體金屬氣凝膠、其制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911293760.5
• 申請(qǐng)日: 2019-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111013503B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張學(xué)同;吳曉涵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類(lèi)號(hào): B01J13/00
• 分類(lèi)號(hào): B01J13/00;B22F9/08
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發(fā)明公開(kāi)了一種液體金屬氣凝膠、其制備方法及應(yīng)用。所述液體金屬氣凝膠具有連續(xù)三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述連續(xù)三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由液體金屬納米顆粒及石墨烯片層相互搭接構(gòu)成，其中至少部分的液體金屬納米顆粒被石墨烯納米片層包裹。所述制備方法包括：將液體金屬分散于多糖水溶液中形成液體金屬納米顆粒，且使其被多糖包裹，獲得穩(wěn)定分散液；然后與氧化石墨烯均勻混合，之后加入金屬氫氧化物膠體、葡萄糖酸內(nèi)酯進(jìn)行離子交聯(lián)，靜置，得到液體金屬水凝膠，再經(jīng)還原、溶劑置換處理和干燥處理，獲得液體金屬氣凝膠。本發(fā)明的液體金屬氣凝膠的比表面積高、密度低、熱導(dǎo)率高，具有親水性及化學(xué)穩(wěn)定性，制備工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和可控，應(yīng)用前景廣泛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種液體金屬氣凝膠，尤其涉及一種液體金屬氣凝膠及其制備方法與其應(yīng)用，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

液態(tài)金屬是一種可以在室溫下呈現(xiàn)液態(tài)的金屬，由于同時(shí)具有金屬特性和液體的流動(dòng)性，近年來(lái)備受關(guān)注。由于液體金屬具有低熔點(diǎn)、高電導(dǎo)率及高熱導(dǎo)率等優(yōu)異性質(zhì)，因此在3D打印、柔性電子器件、分子機(jī)器、熱管理及醫(yī)藥載體等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前為止，液體金屬的直接應(yīng)用面臨著兩個(gè)巨大的難題：一方面，液體金屬一般具有較大的表面張力，難以被分散并用作填充材料。雖然目前科研工作者采用電場(chǎng)、超聲、氣動(dòng)分散以及微流控等方法將液體金屬分散成微液滴以方便進(jìn)行下一步的操控，但是液滴的穩(wěn)定存在仍是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，高表面張力導(dǎo)致液體金屬與其他材料復(fù)合時(shí)存在嚴(yán)重的界面問(wèn)題，容易泄漏。另一方面，液體金屬缺乏前驅(qū)體，難以通過(guò)化學(xué)方法合成為自支撐的宏觀體材料。清華大學(xué)Liu Jing課題組提出在液體金屬中混合其他金屬納米顆粒及一定量的酸，通過(guò)形成原電池來(lái)產(chǎn)生氣體以此來(lái)造孔形成液體金屬多孔材料(Mater.Horiz.,2018,5,222--229)，但是所得到的多孔液體金屬在較高溫度下會(huì)再次熔融，孔結(jié)構(gòu)會(huì)消失，并不穩(wěn)定。雖然液體金屬目前已經(jīng)得到了較多的研究，但是以上兩個(gè)缺點(diǎn)仍然在限制著它的應(yīng)用。

鑒于對(duì)可自支撐且性質(zhì)穩(wěn)定的液體金屬宏觀體材料的需求，充分發(fā)揮液體金屬的優(yōu)勢(shì)，迫切需要克服以上液體金屬的缺陷。氣凝膠作為一種高度多孔性的納米材料，由特定納米單元組裝而成，因此它既可以表現(xiàn)出納米結(jié)構(gòu)單元本身的特性，又可以表現(xiàn)出氣凝膠高比表面積、高孔隙率的特性，在能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換、催化、傳感等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?；诖?，將液體金屬與氣凝膠結(jié)構(gòu)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，將液體金屬納米結(jié)構(gòu)組裝成氣凝膠結(jié)構(gòu)可以大大的擴(kuò)展其應(yīng)用，因此迫切需要提出一種結(jié)構(gòu)均勻且穩(wěn)定的液體金屬氣凝膠材料及制備方法，來(lái)達(dá)到工藝簡(jiǎn)單、周期短、成本低的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種液體金屬氣凝膠及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

本發(fā)明的另一目的還在于提供所述液體金屬氣凝膠的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種液體金屬氣凝膠，它具有連續(xù)三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述連續(xù)三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由液體金屬納米顆粒及石墨烯片層相互搭接構(gòu)成，其中至少部分的液體金屬納米顆粒被石墨烯納米片層包裹。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種液體金屬氣凝膠的制備方法，其包括以下步驟：

(1)將液體金屬分散于多糖水溶液中形成液體金屬納米顆粒，且使所述液體金屬納米顆粒被多糖包裹，獲得穩(wěn)定分散液；

(2)將步驟(1)所獲液體金屬納米顆粒的分散液與氧化石墨烯均勻混合，之后依次加入金屬氫氧化物膠體、葡萄糖酸內(nèi)酯進(jìn)行離子交聯(lián)，靜置，得到液體金屬水凝膠；

(3)以還原劑對(duì)所述液體金屬水凝膠中的氧化石墨烯進(jìn)行還原處理；

(4)對(duì)步驟(3)所獲液體金屬水凝膠進(jìn)行溶劑置換、干燥處理，獲得液體金屬氣凝膠。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了由前述方法制備的液體金屬氣凝膠。