[发明专利]一种可电响应自修复超疏水特性的形状记忆材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种可电响应自修复超疏水特性的形状记忆材料的制备方法。

背景技术

通过对植物表面的分析，人们认识到由低表面自由能材料构成的粗糙表面应该具有较高的疏水性。超疏水表面是一种极端水不浸润的表面，水在表面容易团成球状并且滚动，一般来说超疏水表面具有较大接触角(>150°，滚动角<10°)。在自然界中这种表面广泛存在，同时模仿自然界超疏水表面材料如自清洁材料、防腐防雾材料、液体收集及油水分离材料等均有较广泛的应用。超疏水材料的一种主要制备方法是在材料表面引入微纳形貌，而这些微纳形貌在实际应用的过程中不可避免地会受到物理损伤变形，使表面微形貌变形而丧失超疏水特性，大大降低了材料使用的耐久度。在此情况下，对具有高耐久度、可自修复材料的开发具有十分重要的意义。超疏水表面一般可以通过两类技术路线来制备：一类是在低表面能的疏水材料表面上构建微米-纳米级粗糙结构；另外一类是用低表面能物质在微米-纳米级粗糙结构上进行修饰处理。其中，制备合适微米-纳米级粗糙结构的方法是相关研究的关键。从制备方法来说，主要有蒸汽诱导相分离法、模板印刷法、电纺法、溶胶-凝胶法、模板挤压法、激光和等离子体刻蚀法、拉伸法、腐蚀法以及其他方法。

发明内容

针对超疏水材料表面微形貌易受到物理损伤这一问题，本发明提供了一种可电响应自修复超疏水特性的形状记忆材料的制备方法，该方法制备的材料可通过通电自修复由于物理损伤导致材料微形貌的形变而引发的超疏水特性的消失。这种方法简单可行，可以极大地增加超疏水材料的使用寿命，增强材料的耐久度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可电响应自修复超疏水特性的形状记忆材料的制备方法，具体制备步骤如下：

一、模板的制备：

在金属片表面电镀一层多孔金属作为材料微形貌的模板。

本步骤中，所述金属为Ni。

本步骤中，所述模板采用氢气泡法、光刻法、感应耦合等离子体刻蚀法、电子束和氧等离子体干刻蚀法、AFM刻蚀法、氧化铝模板法、化学气相沉积法或软刻蚀技术制备。

二、电致形状记忆超疏水材料的制备：

配制环氧树脂固化体系，并向其中加入增韧剂和导电炭黑，然后将配制好的环氧树脂体系以及模板放入金属模具固化，固化后脱去氢气泡模板，即得具有微形貌的环氧树脂材料。

本步骤二中，所述导电炭黑的加入量为环氧树脂质量的5-25％。

本步骤二中，所述增韧剂与环氧树脂的质量比为0.02-0.33∶1。

本步骤二中，所述增韧剂为辛胺。

通过对于环氧树脂配方的调整，环氧树脂的玻璃化转变温度可以调整在33-95℃范围内。经过微形貌物理变形后的材料丧失超疏水特性。通过通电产生热量温度至玻璃化转变温度以上，材料微形貌得到恢复，从而重新获得超疏水性质。

本发明使用环氧树脂-导电炭黑形状记忆复合材料作为主体材料，使用氢气泡模板法制备材料表面的微形貌。本发明应用的环氧树脂-炭黑复合形状记忆材料具有良好的耐磨性和耐酸碱腐蚀性，是制备物理可修复超疏水材料的优良选择。其可以通过形状记忆特性使经过物理变形后的超疏水材料微形貌重新恢复原来的形状，从而重新获得超疏水特性，实现了材料在应用过程中出现物理损伤后可进行自修复，恢复原来的超疏水性。

相比较于现有方法，本发明具有以下优点：

1、超疏水材料以及微形貌模板的制备工艺制备简便，参数可控，可以用于大规模制造。

2、形状恢复方法较为简单，形状回复率高，仅通过短时间通电便可进行形状恢复。

3、原料成本低，制备过程简单，无需复杂仪器，与其他超疏水材料制备方法，如：光刻模板法相比，成本大大降低。

附图说明

图1为环氧树脂-导电炭黑浇筑固化过程示意图；

图2为脱模后的电致形状记忆超疏水材料示意图；

图3为多孔金属模板的SEM图；

图4为经过物理变形后的复合材料表面形貌示意图；

图5为经过通电形状恢复后复合材料表面形貌示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式按照以下步骤制备超疏水电致形状记忆材料：

第一步、氢气泡模板的制备