微点阵高分子聚合物/非晶合金薄膜复合材料及其制备方法技术

轻质微点阵材料(密度ρ≤1000mg/cm

Microarray polymer / amorphous alloy thin film composite material and preparation method thereof

Lightweight materials (microarray density less than 1000mg/cm

【技术实现步骤摘要】
微点阵高分子聚合物/非晶合金薄膜复合材料及其制备方法
本专利技术属于轻质功能材料
，具体涉及微点阵高分子聚合物/非晶合金薄膜复合材料及其制备方法。
技术介绍
大力推进材料和装备的轻量化、减量化是实现节能减排、加快建设节约型社会的关键措施，是新世纪工程科技的发展方向。大至海洋平台、大飞机机身和动车组车体，再到日常生活中的车辆，乃至小电子散热器件等，轻量化和多功能化均成为其发展中重要一环。在现有的材料和结构基础上进一步减轻重量并获得更优良的综合性能如力学强度高、散热性能好、动力学性能和隔振、隔声性能可调等多功能是材料发展的挑战，也是材料发展的趋势。轻质多孔材料是一类性能优异的轻质多功能材料，在各个领域都具有广泛应用。目前轻质多孔材料主要有蜂窝材料、泡沫金属材料、点阵材料，这些材料具有低密度、高比强/比刚度、高强韧、高能量吸收等优良机械性能,以及减震、吸声、隔热、隔音、电磁屏蔽、耐热防腐等特殊性质,是性能优异的结构功能一体化材料，其中点阵材料是近年来迅速发展而出现的一类新颖材料，兼具功能和结构双重作用。微点阵材料是一种模拟分子点阵构型制造出的一种有序超轻多孔材料。点阵材料是由结点和结点间连接杆件单元组成的周期性结构材料。它的特点在于细观构型均为二维或三维网架体系,网架中的空隙没有用来承载的填充物。采用这种设计不仅节省了大量的质量,还提高了比刚度和比强度,在同等重量下点阵材料比无序微结构金属泡沫具有更好的力学性能，网架间的空隙能够执行储油、配置电池等功能化要求:材料的多孔特点满足了进行对流换热的要求，网架独特的伸展性能使得其促动、制动和阻尼振动的研究大有发展空间。同时,它也具有良好的降低噪音、屏蔽电磁辐射、抗冲击和碰撞吸能等能力。多孔非晶合金在气体分离、多孔电极、储存介质、催化、隔音、隔热等方面具有广泛应用，吸引了越来越多的科学者从事这方面的研究与开发，得到了广泛的重视并取得了一定成果。但目前制备的多孔非晶合金多为二维多孔材料。模板法是制备三维有序多孔非晶合金薄膜材料的重要方法。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种微点阵高分子聚合物/非晶合金薄膜复合材料的制备方法。本专利技术制备的复合材料具有三维有序多孔结构，孔隙率高，工艺流程简单，具有低密度、高强度等特点。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：1)采用快速成型技术制备三维微点阵聚合物模板：(a)选择快速成型技术，包括：光固化立体成型技术(SLA)、数字光处理(DLP)、选择性激光烧结(SLS)、熔积成型(FDM)。(b)选择模板材料，即高分子聚合物，包括复合光敏树脂EX-200型、复合光敏树脂DXZ-100型、复合光敏树脂DSMsomos14120型、丙烯酸酯类树脂、环氧树脂、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)、尼龙、高精蜡等。(c)选择模板的点阵结构，包括：简单立方、体心立方、面心立方、简单六方、简单四方、体心四方、R心六方、简单正交、O心正交、体心正交、面心正交、简单斜方、O心单斜、简单三斜、金刚石正四面体结构。(d)选择模板的点阵参数，包括：模板整体尺寸为长2.5-3.0cm、宽1.5-2.0cm、高0.7-1.2cm，构成点阵结构的单元结构中，柱的直径0.2-0.6mm，柱的长度为0.6-2mm，每个晶格单元的边长为3-5mm。综合以上条件，采用快速成型技术制备出不同材质、不同点阵结构和参数的模板。2)在三维微点阵聚合物模板表面沉积非晶合金薄膜，得到成型结构体；其具体操作步骤包括：(a)模板表面清洗：丙酮中超声清洗15～30min，去离子水中超声浸洗15～30min，乙醇中超声清洗10～20min，自然干燥。(b)模板表面处理：模板要经过粗化、中和、敏化和活化的步骤使施镀过程顺利进行。(c)在三维微点阵聚合物模板表面沉积非晶合金，得到成型结构体。根据本专利技术的一个方面，提供了一种微点阵高分子聚合物/非晶合金薄膜复合材料的制备方法，其特征在于包括：制备三维微点阵聚合物模板，其中采用快速成型技术制备三维微点阵聚合物模板；在三维微点阵聚合物模板表面沉积非晶合金薄膜，得到成型结构体。本专利技术提供的微点阵金属材料是一种性能优异的轻质点阵材料，与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术所使用的微点阵结构模板具有有序性、可设计性强。2、本专利技术所使用的光固化快速成型技术能制备出任意结构的微点阵结构模型，精度高且制备周期短。3、本专利技术所使用的化学镀制备聚合物/非晶合金复合材料的方法所达到的效果好，膜层附着性好，表面致密，镀层分布均匀，且膜层厚度可控，沉积速率快，重复性好。4、本专利技术所制备的微点阵高分子聚合物/非晶合金薄膜复合材料具有三维有序多孔结构，具有低密度、高强度、高韧性以及压缩后具有回复力等特点。附图说明图1显示了采用化学镀的方法制备微点阵聚合物/非晶合金薄膜复合材料的流程。图2是实施例1制得的金刚石点阵结构模板的照片。图3是实施例4制得的微点阵聚合物/Ni-P非晶合金薄膜复合材料的照片。图4是实施例4制得的微点阵聚合物/Ni-P非晶合金薄膜SEM电镜图片。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术涉及一种微点阵高分子聚合物/非晶合金薄膜复合材料的制备方法，具体包括如下的步骤：1)三维微点阵聚合物模板的制备(a)选择快速成型技术，包括：光固化立体成型技术(SLA)、数字光处理(DLP)、选择性激光烧结(SLS)、熔积成型(FDM)。在本专利技术中，光固化成型技术(SLA)的工艺参数为：填充扫描速度：200～500mm/s，扫描间距：0.1～0.5mm，光斑补偿直径：0.1～0.3mm，支撑扫描速度：80～120mm/s，跳跨速度：300～800mm/s，层间等待时间：1～5s，工作台进给速度：2～10mm/s，工作台浸入深度：5～10mm。在本专利技术中，数字光处理成型(DLP)的工艺参数为：投影分辨率768×480，投影光波段405nm，切片厚度30μm，室温固化，每层固化时间6s，步进电机每次运动时间为2s。在本专利技术中，选择性激光烧结(SLS)的工艺参数为：激光功率：10～50W，预热温度60～180℃，切片厚度0.1～2mm，扫描速度1000～2000mm/s。在本专利技术中，熔积成型(FDM)用的工艺参数为：分层厚度：0.05～1.0mm，喷嘴温度100～400℃。(b)选择模板成型材料，即高分子聚合物，包括有复合光敏树脂EX-200型、复合光敏树脂DXZ-100型、复合光敏树脂DSMsomos14120型、丙烯酸酯类树脂、环氧树脂、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)、尼龙、高精蜡等。(c)选择模板的点阵结构，包括：简单立方、体心立方、面心立方、简单六方、简单四方、体心四方、R心六方、简单正交、O心正交、体心正交、面心正交、简单斜方、O心单斜、简单三斜、金刚石正四面体结构。(d)选择模板的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微点阵高分子聚合物/非晶合金薄膜复合材料的制备方法，其特征在于包括：制备三维微点阵聚合物模板，其中采用快速成型技术制备三维微点阵聚合物模板；在三维微点阵聚合物模板表面沉积非晶合金薄膜，得到成型结构体。

【技术特征摘要】
1.一种微点阵高分子聚合物/非晶合金薄膜复合材料的制备方法，其特征在于包括：制备三维微点阵聚合物模板，其中采用快速成型技术制备三维微点阵聚合物模板；在三维微点阵聚合物模板表面沉积非晶合金薄膜，得到成型结构体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的快速成型技术包括从光固化立体成型技术、数字光处理、选择性激光烧结、熔积成型中选出的至少一种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述光固化成型技术的工艺参数包括：填充扫描速度：200～500mm/s，扫描间距：0.1～0.5mm，光斑补偿直径：0.1～0.3mm，支撑扫描速度：80～120mm/s，跳跨速度：300～800mm/s，层间等待时间：1～5s，工作台进给速度：2～10mm/s，工作台浸入深度：5～10mm；所述数字光处理成型的工艺参数包括：投影分辨率768×480，投影光波段350～450nm，切片厚度20～50μm，室温固化，每层固化时间3～10s，步进电机每次运动时间为1～5s；所述选择性激光烧结的工艺参数包括：激光功率：10～50W，预热温度60～180℃，切片厚度0.1～2mm，扫描速度1000～2000mm/s；所述熔积成型的工艺参数包括：分层厚度0.05～1.0mm，喷嘴温度100～400℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的三维微点阵聚合物模板的结构包括简单立方、体心立方、面心立方、简单六方、简单四方、体心四方、R心六方、简单正交、O心正交、体心正...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨青林，魏芳，郭林，江雷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11