[发明专利]一种具有微观弯曲层状结构的高分子材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料加工领域，尤其涉及一种具有微观弯曲层状结构的高分子材料及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法包括以下步骤：a)将无底的冷冻模具放置在取向冷冻装置的扇环形冷冻面上，并向冷冻模具中倒入聚合物水溶液；b)对扇环形冷冻面的一端进行降温，随着温度的降低在扇环形冷冻面上形成温度梯度，冷冻模具中的聚合物水溶液沿着温度梯度逐渐凝固，直到完全凝固，得到冰块；c)对冰块进行冻干脱水，得到具有微观弯曲层状结构的高分子材料。本发明提供的制备方法是一种改良的取向冷冻技术，通过将取向冷冻装置的冷冻面设计为扇环形，能够使冰晶前沿在取向冷冻过程中以一定弧度有序的生长，从而获得具有微观弯曲层状结构的高分子材料。

技术领域

本发明属于材料加工领域，尤其涉及一种具有微观弯曲层状结构的高分子材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，宏观三维纳米组装材料在各个领域都展示出极富有前景的应用价值，国内外在宏观尺度纳米组装体的构筑和应用方面取得很大的进展，研究人员进行了一系列新方法的尝试并取得了一定的进展。但是，对纳米结构单元的宏观组装体的三维结构的可控设计方面，仍然处于摸索阶段，对于实现其产业化，商业化推广应用还有很多关键科学问题和技术问题亟需克服。发展高效、可控、便捷的宏观三维组装方法是满足高精领域对新型纳米组装层级块体材料需求的重要策略之一。

取向冷冻的技术在精准调控层级结构方面具有无可比拟的技术优势。《科学》期刊2008年第三百二十二卷1516页起报道了以氧化铝和聚甲基丙烯酸甲酯为原料，采用冰模板方法作为主要方法为其构筑三维宏观支架，制备了三维块状仿贝壳结构高强度复合材料。《自然材料》期刊2014年第十三卷508页起报道了以二氧化硅微粒、氧化铝微粒、氧化铝微米片等为原料，经过取向冷冻等一系列步骤最终制备了三维块状仿贝壳结构高强度复合材料。《科学进步》期刊2015年第一卷十一期报道了双向冷冻技术将陶瓷颗粒组装成具有大规模排列，多层，多孔的珍珠层状结构和厘米级的长程有序支架，通过用聚二甲基硅氧烷楔形物调控温度梯度进而控制冰晶的成核与生长，实现了对微观层状结构的更高水平的控制。

伴随着对取向冷冻技术的深入研究，如何对取向冷冻技术进行进一步的探索和挖掘，探究新型微观形貌材料的制备，是本领域的研究热点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有微观弯曲层状结构的高分子材料及其制备方法和应用，采用本发明提供的方法能够制备得到具有微观弯曲层状结构的新型高分子材料，在诸多领域具有潜在的应用前景。

本发明提供了一种具有微观弯曲层状结构的高分子材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将无底的冷冻模具放置在取向冷冻装置的扇环形冷冻面上，并向冷冻模具中倒入聚合物水溶液；

b)对所述扇环形冷冻面的一端进行降温，随着温度的降低在扇环形冷冻面上形成温度梯度，冷冻模具中的聚合物水溶液沿着温度梯度逐渐凝固，直到完全凝固，得到冰块；

c)对所述冰块进行冻干脱水，得到具有微观弯曲层状结构的高分子材料。

优选的，所述扇环形冷冻面的内直径为10～20mm，外直径为40～60mm，厚度为2～5mm。

优选的，所述扇环形冷冻面的圆心角为90°～270°。

优选的，所述扇环形冷冻面的热导率为10～50Wm^-1K^-1。

优选的，所述扇环形冷冻面的材料为镜面钢。

优选的，所述取向冷冻装置还包括两根传导柱，每根所述传导柱分别与所述扇环形冷冻面的一端相连；

步骤b)中，通过向一端的传导柱倒液氮，实现对所述扇环形冷冻面的一端进行降温。