[发明专利]一种无机非金属纳米颗粒组装的水凝胶材料及其在增材制造技术中的应用

权利要求书

1.一种无机非金属纳米颗粒组装的水凝胶材料，其特征在于，所述水凝胶材料由无机非金属颗粒组装而成形成水凝胶网络；所述无机非金属颗粒的尺寸是10nm~20um；所述水凝胶材料中无机非金属颗粒占水凝胶总质量的2~80wt%；所述水凝胶网络具有微观小孔，孔径为0.1um-30um；

所述水凝胶材料的制备方法为静电组装方法或疏水作用组装方法或磁性作用组装方法；

所述静电组装方法包括以下步骤：

S1、使用溶胶凝胶法、化学沉淀法、熔融法、水热合成法、模板法、化学剥离法、电化学剥离、机械剥离法中的一种或几种制备带负电荷的无机非金属颗粒，将得到的负电荷的无机非金属颗粒分散在含有去离子水的液态溶剂中，配置质量体积分数为1%-80%的颗粒悬浮液，充分搅拌2-8 h；

S2、将无机非金属纳米颗粒加入到甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、丙酮的一种或几种的组合溶剂中，配置成1%-50%的悬浮液，搅拌20-60min后加入水溶性带正电荷的基团，所述带正电荷的基团是脂肪胺中的氨基，氮-氮双取代脒基中的亚胺，四氮取代胍基中的亚胺化合物，反应6-12h，离心洗涤得到正电荷无机非金属颗粒；将正电荷无机非金属颗粒分散在去离子水中或分散在甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇的一种或两种液态混合溶剂中，配置质量分数为1%-80%的颗粒悬浮液，充分搅拌2-8 h，得到带正电荷的无机非金属颗粒悬浮液；

S3、将带负电荷的无机非金属颗粒悬浮液加入到带正电荷的无机非金属颗粒悬浮液中，负电荷颗粒悬浮液与正电荷颗粒悬浮液颗粒数量比为10:1-1:10，搅拌均匀后得到前驱体溶液；

S4、将步骤S3所得前驱体溶液边搅拌边加入5mM-25mM的醋酸、磷酸、盐酸、硝酸的酸性溶液的一种或几种组合，持续搅拌0.5-3h后，通过2000g-10000g高速离心20-40min，去掉上清液得到固相含量为2~80 wt%的凝胶墨水原料，即所述水凝胶材料；

所述疏水作用组装方法包括以下步骤：

S1、使用溶胶凝胶法、化学沉淀法、熔融法、水热合成法，模板法、化学剥离法、电化学剥离、机械剥离法中的一种或几种制备带负电荷的无机非金属颗粒，将负电荷无机非金属颗粒分散到无水乙醇中，配置浓度为1%-80%的无机非金属颗粒悬浮液，搅拌20-60min后加入含有疏水基团的硅-卤键化合物，硅烷偶联剂，硬脂酸化合物中的一种或几种组合，反应6-12h，离心洗涤得到疏水性无机非金属颗粒，将疏水性无机非金属颗粒分散在去离子水中或分散在甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇的一种或两种液态混合溶剂中，得到疏水性无机非金属颗粒分散液；

S2、将疏水性无机非金属颗粒分散液通过2000g-10000g高速离心20-40min，去掉上清液得到固相含量为2~80 wt%的凝胶墨水原料，即所述水凝胶材料；

所述磁性作用组装方法包括以下步骤：

利用铁钴镍中的一种或多种元素制备磁性颗粒，分散在去离子水中或分散在甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇的一种或两种液态混合溶剂中，配成浓度为1%-80%的无机非金属磁性颗粒悬浮液，在10-300 A/m的磁场作用下，磁性颗粒定向组装成均匀网络结构，然后将组装后的悬浮液通过1000g-10000g高速离心20-40min，去掉上清液得到固相含量为2~80 wt%的凝胶墨水原料。

2.根据权利要求1所述的无机非金属纳米颗粒组装的水凝胶材料，其特征在于，所述水凝胶材料的力学支撑强度为100kPa-400kPa，粘度为2000-10000Pa.s，破坏恢复能力为50%-100%。

3.根据权利要求1所述的无机非金属纳米颗粒组装的水凝胶材料，其特征在于，所述的无机非金属颗粒选自二氧化硅颗粒、生物玻璃颗粒、粘土颗粒、硫酸钙颗粒、碳酸钙颗粒、羟基磷灰石颗粒、氧化铁颗粒、氧化锆颗粒、氧化锌颗粒、氧化钛颗粒、氧化铝颗粒、钛酸钡微颗粒、碳化硅颗粒、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、过渡金属碳化物或氮化物（MXene）、过渡金属二硫化物（TMD）、六方氮化硼、黑磷纳米片的一种或几种的组合。