一種負(fù)泊松比多功能海綿及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種負(fù)泊松比多功能海綿及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 具有低密度、柔性、力學(xué)回彈性及多功能性的海綿等多孔固體有著十分廣泛的應(yīng) 用前景。傳統(tǒng)的聚合物海綿（例如聚氨醋海綿和=聚氯胺海綿）通常只能滿足應(yīng)用中對= 維多孔固體低密度、柔性和彈性方面的要求。為了實現(xiàn)特定的功能，人們嘗試通過在宏觀尺 度下發(fā)揮納米材料的功能特性來實現(xiàn)海綿多功能性的制備方案。
[0003] 關(guān)于納米材料組裝成為=維宏觀海綿的研究仍處于起步階段，目前主要有兩種方 法，溶液中自組裝方法和模板法。前者可W制備出100%由特定的納米材料組成宏觀材料， 但是難W大批量制備，并且具有較差的結(jié)構(gòu)及尺寸穩(wěn)定性，例如不能承受拉伸、剪切和扭轉(zhuǎn) 等復(fù)雜變形，甚至在大的壓縮變形下也難W恢復(fù)到初始狀態(tài)。模板法則有著較為優(yōu)越的穩(wěn) 定性，尤其是維傳統(tǒng)海綿為模板的制備方法。近期的研究表明，形形色色的納米材料例 如有機物納米顆粒，金屬納米線、金屬氧化物顆粒及碳納米材料（碳納米管和石墨締等）可 W與=維宏觀骨架組合，制備出基于聚合物的多孔海綿材料，而不損失其骨架所帶來的力 學(xué)性能（柔性和彈性等）D例如Qien等[Qien,W.etal.Hi組-performancenanostruc化red supercapacitorsonasponge.Nanoletters11，5165-5172(201]_).]通過將碳納米管和 二氧化輸顆?；瘜W(xué)浸涂在聚氨醋海綿骨架，制備出具有高電容的導(dǎo)電海綿。Xie等[Xie，X. etal.Graphene-spongesashigh-performancelow-costanodesformicrobialfuel cells.Energy&EnvironmentalScience5,6862-6866(2012). ;Xie，X.etal.Carbon nanotube-coatedmacroporousspongeformicrobialfuelcellelectrodes.Energy& EnvironmentalScience5, 5265-5270 (2012) ?]通過將碳納米管或石墨締化學(xué)浸涂，制備 出碳納米管海綿和石墨締海綿，并展示了其在微生物燃料電池電極材料上的應(yīng)用。
[0004] 利用聚合物海綿在宏觀尺度下發(fā)揮納米材料的性能的文獻(xiàn)還有很多，同 時也展示了其在超級電容器[Qien，W.etal.Hi組-performancenanostruc化red supercapacitorsonasponge.Nanoletters11，5165-5172 (2011).]、燃料電池[Xie，X. etal.Graphene-spongesashigh-performancelow-costanodesformicrobial fuelcells.Energy&EnvironmentalScience5, 6862-6866 (2012) ?]、彈性導(dǎo)體[Ge,J. etal.Stretchableconductorsbasedonsilvernanowires:improvedperformance throughabinarynetworkdesign.AngewandteChemie125, 1698-1703(2013).]、壓 力傳感器[Vandeparre，H.，Watson，D.feLacour，S.Extremelyrobustandconformable capacitivepressuresensorsbasedonflexiblepolyurethanefoamsand stretchablemetallization.AppliedPhysicsLetters103, 204103(2013).]、油水分 離器[Liu,Y.etal.Cost-Effective民educedGrapheneOxide-CoatedPolyurethane SpongeAsaHighlyEfficientandReusableOil-Absorbent.ACSApplied Materials&Interf*aces5, 10018-10026,doi: 10. 1021/am4024252 (2013).]、生物材料過濾
[Seok,S.etal.MultifunctionalPolyurethaneSpongeforPolymeraseChainReaction Enhancement.ACSappliedmate;rials&inte;rfaces7, 4699-4705 (2015).]甚至是藥物 傳牽俞材料[Merino,S. ,M曰rtin,C. ,Kost曰relos,K. ,Pr曰to,M. &Vdzquez,E.Nanocomposite Hydrogels:3DPolymer-NanoparticleSynergiesforOn-DemandDrugDelivery.ACS nanoD0I:10. 1021/acsnano.f5b01433. (201f5).]等方面的應(yīng)用。 陽〇化]目前所有的工作都在嘗試通過化學(xué)手段調(diào)控不同的納米材料組分，然而，多孔固 體的多功能性質(zhì)及應(yīng)用往往很大程度上依賴其微結(jié)構(gòu)，但目前沒有任何文獻(xiàn)和專利設(shè)及對 聚合物模板法制備的海綿材料微結(jié)構(gòu)進行設(shè)計、調(diào)控及優(yōu)化。同時，對其微結(jié)構(gòu)調(diào)控的方案 將會是一種普適性的技術(shù)，用W優(yōu)化其性能，擴展其應(yīng)用領(lǐng)域。因此，一種對納米海綿材料 的微結(jié)構(gòu)進行調(diào)控，從而使其具有優(yōu)良宏觀性能及應(yīng)用價值的技術(shù)有待開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種負(fù)泊松比多功能海綿及其制備方法，特 別是提供了一種具有彎曲纖維組成的孔狀結(jié)構(gòu)的負(fù)泊松比多功能海綿及其制備方法，其在 電導(dǎo)率、壓阻靈敏度、力電穩(wěn)定性、能量吸收、疏水性、緩沖及拉伸斷裂應(yīng)變方面具有極佳的 表現(xiàn)。
[0007] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[000引第一方面，本發(fā)明提供一種負(fù)泊松比多功能海綿，在所述負(fù)泊松比多功能海綿負(fù) 載有納米材料，所述負(fù)泊松比多功能海綿具有彎曲纖維組成的孔結(jié)構(gòu)；所述彎曲纖維向內(nèi) 凹陷。所述多功能指其具有的高電導(dǎo)率、高能量損耗、優(yōu)異的疏水性、高壓阻靈敏度、高拉伸 斷裂應(yīng)變W及負(fù)泊松比性質(zhì)。
[0009] 運種納米材料可W通過物理吸附在海綿微纖維的表面，使其可W有效在宏觀尺度 下傳遞納米材料的多功能性質(zhì)，例如導(dǎo)電性、疏水性、壓阻靈敏度及力電穩(wěn)定性等。多功能 海綿具有彎曲纖維組成的孔結(jié)構(gòu)，且所述彎曲纖維向內(nèi)凹陷，多功能海綿因此具有負(fù)泊松 比效應(yīng)，而運種負(fù)泊松比效應(yīng)會帶來如前所述的諸如導(dǎo)電性、疏水性、壓阻靈敏度及力電穩(wěn) 定性等性質(zhì)的意想不到的提升，還具有更高的拉伸斷裂應(yīng)變。
[0010] 優(yōu)選地，所述負(fù)泊松比多功能海綿的宏觀密度為5-300mg/cm3,例如可W是5mg/ cm]、lOmg/cm]、ISmg/cm]、20mg/cm3、25mg/cm3、SOmg/cm]、SSmg/cm]、40mg/cm3、45mg/cm3、50mg/ cm3、75mg/cm3、100mg/cm3、125mg/cm3、150mg/cm3、ITSmg/cm]、200mg/cm3、225mg/cm3、250mg/ cm3、275mg/cm3或 300mg/cm3。
[0011] 優(yōu)選地，所述負(fù)泊松比多功能海綿的初始泊松比為-0. 2~-0. 8,例如可W是-0. 8 、-0. 75、-0. 7、-0. 65、-0. 6、-0. 55、-0.日、-0. 45、-0. 4、-0. 35、-0. 3、-0. 25 或-0. 2。而初始泊 松比是可W通過不同的壓縮比例、壓縮溫度和時間進行調(diào)節(jié)的。盡管所述負(fù)泊松比多功能 海綿的初始泊松比為-0. 2~-0. 8,但在不同的應(yīng)變水平下，其泊松比是可變的，此時便不 僅限于初始的泊松比范圍。
[0012] 優(yōu)選地，所述負(fù)泊松比多功能海綿的電導(dǎo)率為0. 001-104S/m，例如可W是0. 001S/ m、0. 005S/m、0. 01S/m、0. 05S/m、0.lS/m、0. 5S/m、lS/m、5S/m、10S/m、50S/m、lOOS/m、150S/ m、200S/m、250S/m、300S/m、350S/m、400S/m、450S/m、500S/m、lOOOS/m、5000S/m或l〇4s/m。 其中，基于石墨締和碳納米管材料制備的負(fù)泊松比多功能海綿的電導(dǎo)率為0.001-lS/m; 基于納米銀線、納米銅線和金屬氧化物納米顆粒制備的負(fù)泊松比多功能海綿的電導(dǎo)率為l-l〇4s/m。
[0013]優(yōu)選地，所述負(fù)泊松比多功能海綿的水接觸角為85-150。，例如可W是85。、 90。 、95。 、100。 、105。 、110。 、115。 、120。 、125。 、130。 、135。 、140。 、145。或