一种磁性多孔液态金属材料及其制备与应用制造技术

一种磁性多孔液态金属材料，在液态金属内部为多孔结构，且液态金属内部均匀分布有磁粉，在液态金属中加入微纳米级别的铁粉或镍粉或钴粉，然后加入盐酸，搅拌反应消除气泡，得到磁性液态金属；其表面光滑，铁粉与盐酸反应后与液态金属均匀融为一体，将磁性液态金属置入足量盐酸或者氢氧化钠溶液中，加热搅拌反应，使得液态金属漂浮即得；或者，放置在盐酸或者氢氧化钠溶液后，常温静置，待氧化后自然膨胀即得，其密度很小可以在水面漂浮，同时具有磁性材料的特性，可以随磁场运动，也具有液态金属的诸多特性，如加铝片自驱动；调整温度可改变孔的大小，从而实现在水面上的沉浮，其制备工艺简单，产品可具有多种用途。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性多孔液态金属材料及其制备与应用
本专利技术属于多孔金属材料
，特别涉及一种磁性多孔液态金属材料及其制备与应用。
技术介绍
液态金属是在常温下呈液态的金属，传统的有汞，但是其毒性限制了其应用，在低温下呈现固体金属性状而在常温或高温下呈现液体形态。液态金属通常以镓金属及其合金为主，包括镓铟合金以及镓铟锡合金等。其具有良好的导电性能以及导热性能，同时具有金属光泽，在液体状态下具有良好的流动性能以及表面张力等特性。液态金属具有一定的浸润性，利用液态金属墨水，可以制成柔性力学传感器，也可以结合其导电性能以及流动性能制成可直接使用电力驱动的电磁泵。另外液态金属还可以在吞食铝片之后自驱动，有望可以在人体内进行运动或进行载药机器人，但是由于其密度大，容易在表面浮着，并贴附在血管壁上，对血液运输造成影响。如果能够实现一种可以在血液中悬浮的液态金属，那么其载药性能会大大提升，并且也提高了安全性。之前用于体内的载药机器人无法同时具有可变形性和磁性，可变形性在血管运动中十分重要，这样避免由于血管尺寸的改变而导致了阻塞或破坏。之前研究的通过通电来控制液态金属的运动，这样对溶液的要求以及外加的设备要求非常高，如果能够具有磁性，这样可以通过外加磁场，而不用接触，就可以直接引导体内液态金属机器人运动到靶向位置。可以将药物直接注射到气孔中，到了靶向位置后，通过改变温度或者酸碱度从而控制药物的释放，因此制备一种可以悬浮多孔的具有磁性的液态金属尤为重要。另外如果液态金属表面容易氧化，容易附着在容器底部。这限制了液态金属的运动能力，如果能让液态金属悬浮或者漂浮起来，那么其运动所受到的阻力会大大减小，因此如果能够制备出可漂浮的磁性多孔液态金属尤为重要。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种磁性多孔液态金属材料及其制备与应用，可以解决当前液态金属应用中的不足，比如表面容易氧化，导致附着在表面限制运动能力；同时又增加了液态金属的铁磁性质，可以通过外加磁场，而不需要其他介质即可运动，其制备工艺简单，过程可控性强，可以调整相应参数从而调控制备的效率。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种磁性多孔液态金属材料，在液态金属内部为多孔结构，且液态金属内部均匀分布有磁粉。其密度很小可以在水面漂浮。同时具有磁性材料的特性，可以随磁场运动，也具有液态金属的诸多特性。通过调整温度，可改变所述多孔结构的孔的大小，从而实现在水面上的沉浮。本专利技术还提供了上述磁性多孔液态金属材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤1，在液态金属中加入微纳米级别的铁粉或镍粉或钴粉，然后加入盐酸，搅拌约2分钟反应消除气泡，得到磁性液态金属；其表面光滑，铁粉与盐酸反应后与液态金属均匀融为一体。步骤2，将磁性液态金属置入盐酸或者氢氧化钠溶液中，加热搅拌反应，使得液态金属漂浮即得；或者，加入盐酸或者氢氧化钠溶液后，常温静置，待氧化后自然膨胀得到能够漂浮的磁性多孔液态金属。所述液态金属为镓铟合金或者添加有锡、铋等其他金属的镓铟合金。所述步骤1中，液态金属和铁粉或镍粉或钴粉的质量比为(5:1)～(20:1)，保证盐酸足量；例如，取10g液态金属放入烧杯中，加入1.0g纳米铁粉，再加入20ml浓度为9％的盐酸。所述步骤2中，盐酸溶液或氢氧化钠溶液至少将磁性液态金属覆盖住。所述步骤1，在加入盐酸后，用磁铁在反应容器外侧吸引液态金属，筛选能被吸附的液态金属；所述步骤2，在盐酸或者氢氧化钠溶液中加入还原性金属，例如铝、锌、镁，可将磁性液态金属中的铁粉还原出来，回收液态金属。所述步骤2，加热搅拌反应，加热温度为80摄氏度，加热方式为水浴加热、激光加热、酒精炉加热或烘箱加热。通过改变温度控制所述磁性多孔液态金属材料在液体中上升或下沉，温度越高，气孔越大，时间越久，气孔越大，越容易上升。气孔中是氢气等气体，在加盐酸搅拌过程中，氢气进入了液态金属内部，内部气孔分布不均匀。所述磁性多孔液态金属材料外表具有柔性，具有导电性能，导热性能，内部有磁粉均匀分布，具有较高强度的铁磁性，可以在外加磁场下控制其运动，并且还具有可变形性。用手触摸像猪肺，有气孔，可在生物材料上应用。该材料的尾部有液态金属(即普通的不具有磁性和多孔结构的液态金属)，可以悬浮在水中，能够通过电场移动，加上铝片可以自驱动，这样未来有望通电控制此悬浮金属的运动。鉴于其具有很好的能量吸收特性，故可用于制造能量吸收器、减震缓冲器等。鉴于其导电性能良好，可以用于检测海水的电学性能，可制造酸碱以及电学传感器。鉴于其导热系数较低，约为0.045w/mK，约比正常液态金属小3个数量级，将来有望以用于绝热导电材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术第一次发现了以液态金属为原材料的磁性多孔金属材料，该材料可以悬浮或漂浮在水面，并且通过控制温度能够控制其升降。通过磁性和电场能够控制运动。这样避免了液态金属在液体环境中移动时受重力和粘附力作用紧贴在重力方向指向的接触面，这样使得液态金属的运动性能更加容易实行。并且在尾部加入铝箔，可以在水中实现自驱动，未来液态金属机器人有望在水下工作。这种材料利用热力学的热胀冷缩原理控制上浮和下沉，未来也可以应用于潜艇制造等方面。这种材料具有低的导热性，同时具有高的导电性。附图说明图1是可漂浮的磁性多孔液态金属的制备过程示意图，包括加液态金属，加铁粉，加盐酸，然后搅拌加热。图2是可漂浮的磁性多孔液态金属剖面图，内部各种分布不均匀的气孔。图3是可漂浮的磁性多孔液态金属在血管中悬浮的示意图，内部气孔可以用于载药。图4是在悬浮在氢氧化钠溶液中的液态金属尾部加入铝片示意图，液态金属可以吸附铝片后自驱动。图5是漂浮在水面的磁性多孔液态金属材料。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、制备方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术一种磁性多孔液态金属材料，由液态金属镓铟合金作为原材料制备，通过加入铁粉和盐酸后进行加热，内部产生具有多孔结构的磁性液态金属，密度很小可以在水面漂浮。具体地，参照图1，其制备方法如下：步骤1，在反应容器中加入液态金属1，再加入微纳米级别的铁粉或镍粉或钴粉2，然后加入盐酸3，用搅拌器4搅拌约2分钟反应消除气泡，得到磁性液态金属。步骤2，将磁性液态金属置入足量盐酸或者氢氧化钠溶液中，加热搅拌反应，使得液态金属漂浮即得；或者，加入盐酸或者氢氧化钠溶液后，常温在空气中静置2小时，待氧化后自然膨胀得到能够漂浮的磁性多孔液态金属。制备得到的磁性多孔液态金属如图2所示，可见其内部具有分布不均匀的气孔，为多孔结构，能够漂浮于水面上，如图5所示，也能够悬浮于血管之中，如图3所示。其具体的应用实施例如下：实施例1传统的液态金属材料不可以悬浮或者漂浮，而本专利技术磁性多孔液态金属，可以漂浮或者悬浮，如图4所示，磁性多孔液态金属6在氢氧化钠溶液5中可以通过电流控制其运动，同时也可以通过加入铝片8，磁性多孔液态金属6尾部的液态金属7会吞食铝片8，在氢氧化钠溶液5中产生推力，液态金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性多孔液态金属材料，其特征在于，在液态金属内部为多孔结构，且液态金属内部均匀分布有磁粉。

【技术特征摘要】
1.一种磁性多孔液态金属材料，其特征在于，在液态金属内部为多孔结构，且液态金属内部均匀分布有磁粉。2.根据权利要求1所述磁性多孔液态金属材料，其特征在于，通过调整温度改变所述多孔结构的孔的大小，从而实现在水面上的沉浮。3.一种磁性多孔液态金属材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤1，在液态金属中加入微纳米级别的铁粉或镍粉或钴粉，然后加入盐酸，搅拌反应得到磁性液态金属；步骤2，将磁性液态金属置入盐酸或者氢氧化钠溶液中，加热搅拌反应，使得液态金属漂浮即得；或者，加入盐酸或者氢氧化钠溶液后，常温静置，待氧化后自然膨胀得到能够漂浮的磁性多孔液态金属。4.根据权利要求3所述磁性多孔液态金属材料的制备方法，其特征在于，所述液态金属为镓铟合金或者添加有锡、铋的镓铟合金。5.根据权利要求3所述磁性多孔液态金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，液态金属和铁粉或镍粉或钴粉的质量比为(5:1)～(20:1)，盐酸足量；所述步骤2中，盐酸溶液或氢氧化钠溶液至少将磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪鸿章，袁博，刘静，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11