[發明專利]一種適用于3D打印的二維納米高分子復合絲材的制備方法

在審

• 申請號: 202010559468.X
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111718572A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 鐘晶;盧東
• 申請（專利權）人: 工科思維技術(深圳)有限公司
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08L71/02;C08K3/04;C08J5/18;D01F6/94;D01F1/10;B33Y70/10;D01D5/42
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種適用于3D打印的二維納米高分子復合絲材的制備方法，它涉及3D打印絲材的制備領域，本發明的目的是為了解決目前沒有一種適用于3D打印的二維納米高分子復合材料的制備方法的問題。本發明通過離心澆筑法和反復交替噴灑二維納米材料及高分子溶液方式制備出高致密度、高度定向排列、厚度可控的多層疊層結構的二維納米高分子復合薄膜；然后利用刀片采用簡單機械加工方式將制備的二維納米高分子復合薄膜切割成適用于3D打印的絲材，最終得到一種具有優異性能且適用于3D打印的二維納米高分子復合絲材。本發明具有操作方便、經濟性好、絲材厚度可控、生產效率高、且高度定向和高致密性等優勢。本發明應用于材料制備領域。

技術領域

本發明涉及3D打印絲材的制備領域，具體涉及一種適用于3D打印的二維納米高分子復合絲材及其制備方法。

背景技術

二維納米材料因其載流子遷移和熱量擴散都被限制在二維平面內，使得這種材料表現出許多奇特的性質，其帶隙可調的特性在場效應管、光電器件、熱電器件等領域應用廣泛，其自旋自由度和谷自由度的可控性在自旋電子學和谷電子學領域具有廣泛應用前景。然而，二維納米材料具有較強的各項異性，導致其面內物理性質(導電性、導熱性和力學性質等)遠高于垂直面內方向的物理性質，導致該材料性能不穩定。

申請人采用離心力將含有二維材料的溶液均勻涂覆在模具內表面，在離心旋轉的過程中，一方面利用液層間的相對運動形成的剪切力，促使二維材料在溶液中沿圓周方向層層定向規則排列，另一方面利用離心力促使二維材料致密堆積，成功高效率制備出高度定向、高致密的二維材料薄膜(CN 109177010A)，并通過轉印方式以實現圖形化。然而，該方法存在對基底表面狀態要求高、轉印效率低以及需要專業轉印設備等問題。

3D打印屬于快速成型的增材技術，它是一種以數字模型文件為基礎，通過對材料逐層打印來制備三維塊體的技術，被認為是改變實驗室及工業生產方式的核心技術之一。然而，采用離心澆筑法制備的二維材料薄膜缺乏粘結劑，無法適用于3D打印，極大程度上限制了二維納米材料薄膜的使用。基于此，為了提高二維納米材料薄膜使用效果，目前函需開發一種適用于3D打印的二維納米高分子復合材料及其制備方法，從而改善二維材料薄膜的使用效果以及拓寬其應用領域。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前沒有一種適用于3D打印的二維納米高分子復合材料的制備方法的問題，而提供一種適用于3D打印的二維納米高分子復合絲材的制備方法。

本發明通過離心澆筑法和反復交替噴灑二維納米材料及高分子溶液的方式制備出高致密度、高度定向排列、厚度可控的多層疊層結構的二維納米高分子復合薄膜；然后利用設置在圓柱形模具開口處刀片以簡單機械加工方式將制備的二維納米高分子復合薄膜切割成均勻、定向、致密、適用于3D打印的絲材。

本發明的一種適用于3D打印的二維納米高分子復合絲材的制備方法，它是按照以下步驟進行的：

一、二維納米高分子復合材料薄膜制備：

1)獲取圓周旋轉模具：所述的模具為圓柱形離心管，圓柱形離心管內的砂芯濾層和納濾膜隨圓柱形離心管沿圓周方向旋轉，圓柱形離心管內層分別附一層砂芯濾層和納濾膜；

2)溶液交替往復噴灑：將二維納米材料溶液均勻噴灑在上一步圓周旋轉模具內表面，得到二維納米薄膜；再在定向排布的二維納米薄膜上噴灑一層高分子材料，在二維納米薄膜上形成一層定向排布的高分子薄膜；反復交替往復噴灑二維納米材料和高分子材料，得到多層疊層結構的二維納米高分子復合薄膜；

3)二維納米高分子復合薄膜蒸干：繼續圓周旋轉步驟2)的模具，采用輔助加熱方式，蒸發步驟2)多層疊層結構的二維納米高分子復合薄膜中的溶劑；

二、3D打印絲材切割：