液态金属复合高分子刷马达的制备及做为纳米马达的应用制造技术

本发明专利技术提供了一种液态金属复合高分子刷马达的制备及做为纳米马达的应用，方法：一、制备磁性纳米粒子；二、磁性纳米粒子装载到多孔模板中；三、液态金属固定到多孔模板中；四、模板中的液态金属单面置换金属；五、高分子刷合成；六、去除模板，得到液态金属复合高分子刷马达。将液态金属复合高分子刷马达作为微纳米马达置于流体中，并对其施加周期变化的磁场，液态金属复合高分子刷马达不对称构型和高分子刷不对成分布使液态金属复合高分子刷马达和流体介质进行相互作用，实现马达在长轴方向的有效运动。本发明专利技术具有尺寸可控且均一，刺激响应性可选择，保存时间长，兼具数量等优点，在生物医学、环境治理和仿生学等领域有广泛的应用前景。

Preparation of liquid metal composite polymer brushes and its application as a nano motor

The invention provides a liquid metal composite polymer brush motor preparation and application of nano motor as, methods: 1. Preparation of magnetic nanoparticles; two, magnetic nanoparticles loaded into the porous template; three, liquid metal fixed to the porous template; liquid metal replacement, four single metal template; five the synthesis of polymer brushes,; six, the removal of the template, and then the liquid metal composite polymer brush motor. The liquid metal micro nano composite polymer brush motor as a motor is arranged in fluid, and applied cycle changes on the magnetic field of the liquid metal composite polymer brush motor asymmetric configuration and polymer brushes not cloth to make the liquid metal composite polymer brush motor and fluid medium for interaction, realize the effective movement in the direction of the long axis of the motor. The invention has the advantages of controllable size, uniform response, long selection and long storage time, and quantity. It has wide application prospects in biomedicine, environmental governance and bionics.

【技术实现步骤摘要】
液态金属复合高分子刷马达的制备及做为纳米马达的应用
本专利技术涉及一种液态金属复合高分子刷马达的制备及做为纳米马达的应用，属于高分子刷马达的制备方法及应用

技术介绍
由于微纳米马达在生物医学等领域的应用前景，所以合成各种特殊结构，使用特种材料的微纳米马达成为目前的研究热点之一。又因为微纳米尺度的低雷诺数条件，马达的驱动方式和运动行为成为了评价马达性能的重要标准。溶剂热法、电化学沉积法和层层自组装法是常见的制备微纳米马达的方法。但是都有各自的缺点，难以应用到液态金属这种材料上：溶剂热法难以精确控制马达的化学组成和几何形态；电化学沉积法废液处理困难，成本高；层层组装法的常见组成物质的表面能低，难以用于和液态金属复合。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即溶剂热法难以精确控制马达的化学组成和几何形态；电化学沉积法废液处理困难，成本高；层层组装法的常见组成物质的表面能低，难以用于和液态金属复合。进而提供一种液态金属复合高分子刷马达的制备及作为纳米马达的应用。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种液态金属复合高分子刷马达的制备方法，步骤如下，步骤一、称取氯化亚铁0.1g～2.0g和氯化铁0.2g～2.5g于40ml～100ml去离子水中制成溶液，溶液加入烧瓶中加热至65℃～85℃，在搅拌中加入1ml～10ml氨水，加入完毕后继续加热20min～60min，产物用磁铁吸引并清洗6～10次后加入稳定剂，稳定剂为柠檬酸钠，4ml浓度为0.1～1g/ml的柠檬酸钠在搅拌中加入，加入完毕后继续加热40min～200min，得到磁性纳米粒子；步骤二、磁性纳米粒子的组装：以多孔阳极氧化铝、聚碳酸酯(PC)或多孔硅片为模板，将步骤一得到的磁性纳米粒子浓度稀释至0.1～5mg/mL；将对应模板投入到稀释后的磁性纳米粒子溶液中，取出后用去离子水清洗；操作3～5次，完成了磁性纳米粒子的组装；步骤三、将经步骤二处理的模板置于液态金属镓表面，使用真空抽滤法处理1～2小时，并依次使用市售过氧化氢溶液和无水乙醇处理模板表面，得到液态金属填充的模板；步骤四、将经步骤三处理的单面模板放置到市售镀金液中部分置换得金；步骤五、将经步骤四处理的模板进行ATRP聚合，方法为，将0.1～5mg的CuBr、1～20μL的1,1,4,7,7-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)、0.1～5mL的甲醇依次放入圆底烧瓶中混匀并隔绝氧气，加入0.1～4g的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体和10mL的去离子去氧水，将浸渍过引发剂DTBU的模板放入另一圆底烧瓶中，进行3～7次抽真空、充氮气后，持续通入氮气；然后将配置好的澄清溶液导入到放有模板的圆底烧瓶中，在室温条件下，反应若干小时，然后依次用异丙醇、乙醇和水冲洗；步骤六、将经步骤五处理的模板使用对应溶液进行去模板处理，得到液态金属复合高分子刷马达。一种液态金属复合高分子刷马达的应用，将制备的液态金属复合高分子刷马达置于流体中施加周期变化磁场，使其作为微纳米马达运动；同时通过对应的外部刺激，调控高分子刷形态，改变马达的运动行为。本专利技术利用具有均一孔道的纳米管模板、磁性的四氧化三铁纳米粒子、刺激响应高分子刷和液态金属，制备液态金属复合高分子刷马达。其使用的方法为浸渍法、真空抽滤法和ATRP方法。将磁性粒子、液态金属、刺激响应高分子刷结合制备出的液态金属复合高分子刷马达，放置入流体中施加特定周期变化磁场，此人造微纳米马达通过其本身不对称构型和高分子刷的不对称分布，与流体进行相互作用，实现在流体中的有效运动。制备出的液态金属复合高分子刷马达具有尺寸可控且均一，刺激响应性可选择，保存时间长的优点。在不同的流体中通过调节外加磁场的参数，调控马达在流体中的运动行为和速率，实现微纳米马达在流体中的有效位移，达到微纳米马达在不同流体中运动的目的。本专利技术制备的液态金属复合高分子刷马达在生物医学、环境治理和仿生学等领域有广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术的液态金属复合高分子刷马达的结构示意图。图2是本专利技术的液态金属复合高分子刷马达的运动原理图。图3是试验例制备的液态金属复合高分子刷马达的扫描电镜照片。图4是试验例制备的液态金属复合高分子刷马达运动的光学显微镜照片。具体实施方式下面将对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。本实施例所涉及的一种液态金属复合高分子刷马达的制备方法，步骤如下，步骤一、称取氯化亚铁0.1g～2.0g和氯化铁0.2g～2.5g于40ml～100ml去离子水中制成溶液，溶液加入烧瓶中加热至65℃～85℃，在搅拌中加入1ml～10ml氨水，加入完毕后继续加热20min～60min，产物用磁铁吸引并清洗6～10次后加入稳定剂，稳定剂为柠檬酸钠，4ml浓度为0.1～1g/ml的柠檬酸钠在搅拌中加入，加入完毕后继续加热40min～200min，得到磁性纳米粒子；步骤二、磁性纳米粒子的组装：以多孔阳极氧化铝、聚碳酸酯(PC)或多孔硅片为模板，将步骤一得到的磁性纳米粒子浓度稀释至0.1～5mg/mL；将对应模板投入到稀释后的磁性纳米粒子溶液中，取出后用去离子水清洗；操作3～5次，完成了磁性纳米粒子的组装；步骤三、将经步骤二处理的模板置于液态金属镓表面，使用真空抽滤法处理1～2小时，并依次使用市售过氧化氢溶液和无水乙醇处理模板表面，得到液态金属填充的模板；步骤四、将经步骤三处理的单面模板放置到市售镀金液中部分置换得金；步骤五、将经步骤四处理的模板进行ATRP聚合，方法为，将0.1～5mg的CuBr、1～20μL的1,1,4,7,7-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)、0.1～5mL的甲醇依次放入圆底烧瓶中混匀并隔绝氧气，加入0.1～4g的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体和10mL的去离子去氧水，将浸渍过引发剂DTBU的模板放入另一圆底烧瓶中，进行3～7次抽真空、充氮气后，持续通入氮气；然后将配置好的澄清溶液导入到放有模板的圆底烧瓶中，在室温条件下，反应若干小时，然后依次用异丙醇、乙醇和水冲洗；步骤六、将经步骤五处理的模板使用对应溶液进行去模板处理，得到液态金属复合高分子刷马达。步骤一中，磁性纳米粒子的粒径为5nm～100nm。步骤二中，多孔硅片的孔径为1μm～5μm。步骤二中，聚碳酸酯膜的孔径为50nm～5μm。步骤二中，多孔阳极氧化铝孔径为200nm～500nm。步骤五中，刺激响应性高分子刷使用温敏高分子刷PNIPAM，盐溶液响应高分子刷PMETAC，pH值响应高分子刷PHEMA、PDMA、PEMA。步骤二中的模板为多孔硅片时，步骤六中的模板处理溶剂为氢氟酸或氟化铵溶液。步骤二中的模板为聚碳酸酯时，步骤六中的模板处理溶剂为二氯甲烷或N，N-二甲基甲酰胺(DMF)。步骤二中的模板为多孔阳极氧化铝时，步骤六中的模板处理溶剂为磷酸或氢氧化钠溶液。一种液态金属复合高分子刷马达的应用，将制备的液态金属复合高分子刷马达置于流体中施加周期变化磁场，使其作为微纳米马达运动；同时通过对应的外部刺激，调控高分子刷形态，改变马达的运动行为。试验例：本试验例液态金属复合高分子刷马达的制备方法按以下步骤进行：一、称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态金属复合高分子刷马达的制备方法，其特征在于，步骤一、称取氯化亚铁0.1g～2.0g和氯化铁0.2g～2.5g于40ml～100ml去离子水中制成溶液，溶液加入烧瓶中加热至65℃～85℃，在搅拌中加入1ml～10ml氨水，加入完毕后继续加热20min～60min，产物用磁铁吸引并清洗6～10次后加入稳定剂，稳定剂为柠檬酸钠，4ml浓度为0.1～1g/ml的柠檬酸钠在搅拌中加入，加入完毕后继续加热40min～200min，得到磁性纳米粒子；步骤二、磁性纳米粒子的组装：以多孔阳极氧化铝、聚碳酸酯或多孔硅片为模板，将步骤一得到的磁性纳米粒子浓度稀释至0.1～5mg/mL；将对应模板投入到稀释后的磁性纳米粒子溶液中，取出后用去离子水清洗；操作3～5次，完成了磁性纳米粒子的组装；步骤三、将经步骤二处理的模板置于液态金属镓表面，使用真空抽滤法处理1～2小时，并依次使用市售过氧化氢溶液和无水乙醇处理模板表面，得到液态金属填充的模板；步骤四、将经步骤三处理的单面模板放置到市售镀金液中部分置换得金；步骤五、将经步骤四处理的模板进行ATRP聚合，方法为，将0.1～5mg的CuBr、1～20μL的1,1,4,7,7‑五甲基二亚乙基三胺、0.1～5m L的甲醇依次放入圆底烧瓶中混匀并隔绝氧气，加入0.1～4g的N‑异丙基丙烯酰胺单体和10m L的去离子去氧水，将浸渍过引发剂DTBU的模板放入另一圆底烧瓶中，进行3～7次抽真空、充氮气后，持续通入氮气；然后将配置好的澄清溶液导入到放有模板的圆底烧瓶中，在室温条件下，反应若干小时，然后依次用异丙醇、乙醇和水冲洗；步骤六、将经步骤五处理的模板使用对应溶液进行去模板处理，得到液态金属复合高分子刷马达。...

【技术特征摘要】
1.一种液态金属复合高分子刷马达的制备方法，其特征在于，步骤一、称取氯化亚铁0.1g～2.0g和氯化铁0.2g～2.5g于40ml～100ml去离子水中制成溶液，溶液加入烧瓶中加热至65℃～85℃，在搅拌中加入1ml～10ml氨水，加入完毕后继续加热20min～60min，产物用磁铁吸引并清洗6～10次后加入稳定剂，稳定剂为柠檬酸钠，4ml浓度为0.1～1g/ml的柠檬酸钠在搅拌中加入，加入完毕后继续加热40min～200min，得到磁性纳米粒子；步骤二、磁性纳米粒子的组装：以多孔阳极氧化铝、聚碳酸酯或多孔硅片为模板，将步骤一得到的磁性纳米粒子浓度稀释至0.1～5mg/mL；将对应模板投入到稀释后的磁性纳米粒子溶液中，取出后用去离子水清洗；操作3～5次，完成了磁性纳米粒子的组装；步骤三、将经步骤二处理的模板置于液态金属镓表面，使用真空抽滤法处理1～2小时，并依次使用市售过氧化氢溶液和无水乙醇处理模板表面，得到液态金属填充的模板；步骤四、将经步骤三处理的单面模板放置到市售镀金液中部分置换得金；步骤五、将经步骤四处理的模板进行ATRP聚合，方法为，将0.1～5mg的CuBr、1～20μL的1,1,4,7,7-五甲基二亚乙基三胺、0.1～5mL的甲醇依次放入圆底烧瓶中混匀并隔绝氧气，加入0.1～4g的N-异丙基丙烯酰胺单体和10mL的去离子去氧水，将浸渍过引发剂DTBU的模板放入另一圆底烧瓶中，进行3～7次抽真空、充氮气后，持续通入氮气；然后将配置好的澄清溶液导入到放有模板的圆底烧瓶中，在室温条件下，反应若干小时，然后依次用异丙醇、乙醇和水冲洗；步骤六、将经步骤五处理的模板使用对应溶液进行去模板处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺强，王位，郭斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23