本发明专利技术涉及利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置和方法、应用。利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置，包括微流体通道、金属微管，微流体通道沿着浆料的流动方向分为进料区、混合区和加热区，混合区位于进料区和加热区之间，进料区与金属微管连接，金属微管的一端插入微流体通道中。制备得到的陶瓷微纤维生坯具有尺寸均一可控，截面圆整，柔韧性好，表面光洁，操作性高的特点，从而能够更好地应用于航空航海、催化剂载体、生物、建筑等领域。建筑等领域。建筑等领域。
【技术实现步骤摘要】
利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置和方法、应用
[0001]本专利技术属于陶瓷微纤维制备
，具体涉及利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置和方法、应用。
技术介绍
[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]陶瓷材料具有较好的耐高温、耐磨损、耐化学腐蚀性能，优良的机械性能使其成为工业领域中多种金属或合金的替代品。陶瓷微纤维不仅具有陶瓷材料的一般性能还顺应了结构材料调节生境小型化、精密化的发展趋势。随着陶瓷微纤维在增韧、吸声、吸附、骨组织培养、燃料电池、微机电系统微组件等应用中的开发，陶瓷微纤维向人们展示了其在航空航海、催化剂载体、生物、建筑等领域前所未有的发展前景。传统制备陶瓷微纤维的方法有溶胶凝胶法离心纺丝，静电纺丝，挤出成型等，现有技术中记载，通过对溶胶凝胶静电纺丝制备得到的氧化铝初生纤维进行高温煅烧可得到氧化铝陶瓷微纤维。同时，在现有技术中记载，通过墨水直书写3D打印机对混有陶瓷粉末、聚合物微球开孔剂和磷酸铝溶胶的陶瓷浆料进行打印后，干燥固化烧结得到多孔陶瓷微纤维堆积出的微结构。这些方法制备得到的陶瓷微纤维生坯缺乏柔韧性，操作性较低，另外在尺寸较大的情况下，微纤维的尺寸控制较为困难。
[0004]微流体是一门在微电子、微制作、生物工程和纳米技术等基础上发展起来的交叉学科，利用微流体器件中的微通道对微量液体或样品在微观尺度上进行操纵、处理与控制。现有技术中记载了一种利用多相流在同轴玻璃毛细管中制备尺寸和结构可控的多孔二氧化硅微纤维的方法，微纤维在有水的条件下具有柔韧性，可操作性较强，可以对微纤维进行编织后再经过高温烧结出特定形状。但是采用微流体的方式能够制备出的陶瓷微纤维材料较为受限，目前主要采用对通道中氧化硅透明前驱体形成的微液柱进行光固化成型制备的方式，而这限制了陶瓷微纤维制备技术的进一步发展。
技术实现思路
[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置和方法、应用。
[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0007]第一方面，利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置，包括微流体通道、金属微管，微流体通道沿着浆料的流动方向分为进料区、混合区和加热区，混合区位于进料区和加热区之间，进料区与金属微管连接，金属微管的一端插入微流体通道中。
[0008]提出了一种制备氧化铝微纤维的微流体装置，利用微流体通道，使陶瓷浆料在微流体通道中混合、热固化成型，微流体通道出口得到氧化铝微纤维。
[0009]使陶瓷微纤维的制备技术进一步发展，相比于现有的只能制备氧化硅微纤维，本专利技术实现了氧化铝陶瓷微纤维的制备。
[0010]依托微流体技术制备的陶瓷微纤维生坯目前主要采用光固化成型的方式，而光固化对前驱体的透明度有着较高要求，目前可以实现高浓度纳米颗粒分散并且保持前驱体较高透明度的材料很少。
[0011]本专利技术提出了一种采用即时热固化的方法制备陶瓷微纤维生坯，用于透明度较低的陶瓷浆料前驱体微流体成型，除此之外考虑到热固化成型过程中的堵塞问题，本专利技术又提出了陶瓷浆料前驱体分流在线混合的方式。微纤维生坯生成之后，在水中具有较大的柔韧性，利用这种柔韧性可以对微纤维进行弯曲、编织从而形成一定结构，再通过干燥定型之后烧结，该过程具有微纤维组成结构易操控，定型可逆性高、烧结后形态维持性好等优点。
[0012]固化相流体和基相流体垂直交汇，陶瓷浆料在微流体通道中热固成型之后，得到的微纤维表面光滑，尺寸均匀。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，混合区内部设置若干搅拌棒，搅拌棒的两端分别与微流体通道的内壁相接，相邻的两个搅拌棒空间垂直。优选的，若干搅拌棒分为水平设置的搅拌棒和竖直设置的搅拌棒。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，进料区远离混合区的一端连接入口管。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，微流体通道的加热区的外侧设置加热装置。
[0016]第二方面，利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置进行氧化铝微纤维的制备方法，具体步骤为：
[0017]将基相流体通过入口管通入微流体通道，当基相流体流出微流体通道的出口时，通过金属微管通入固化相，在微流体通道的出口得到纤维生坯；
[0018]将纤维生坯引入清洗溶液中，清洗完成后将纤维置于陈化溶液中进行静置固化，固化后的纤维经过干燥后得到陶瓷微纤维生坯，然后对其进行烧结得到氧化铝陶瓷微纤维。
[0019]固化相流体和基相流体垂直相遇，将微纤维竖直引入去离子水中，微纤维表层因为氧隔绝层致使未固化的基相溶于水中，此种操作方式使得微纤维表面光洁并且避免了干燥过程中微纤维之间的粘结。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，基相流体为氧化铝纳米分散液和预聚物的混合溶液，基相流体中氧化铝纳米颗粒的含量为70-75wt.％，预聚物含量为8-10wt.％。
[0021]进一步，基相流体中氧化铝纳米颗粒的含量为72.7wt.％，预聚物含量为8.7wt.％。
[0022]进一步，预聚物由如下重量份数的原料组成：丙烯酰胺85-86份和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺14-15份。
[0023]进一步，氧化铝分散液的制备方法为将氧化铝粉末、柠檬酸铵、去离子水混合，球磨后得到氧化铝分散液；更进一步，氧化铝粉末的平均粒径为0.8-1.2μm；去离子水和氧化铝粉末体积比为1-1.2:1，更进一步，柠檬酸铵质量占氧化铝粉末的0.6-1％。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，固化相流体为过硫酸铵、四甲基乙二胺和水的混合溶液，固化相引发剂的含量为9-10wt.％，催化剂的含量为2-3wt.％。
[0025]进一步，固化相引发剂的含量为9.5wt.％，催化剂的含量为2.3wt.％。过硫酸铵为
陶瓷浆料的引发剂，四甲基乙二胺为催化剂。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，基相流体和固化相流体的流速比为4-6:1，总流速为11-13μL/min。
[0027]在本专利技术的一些实施方式中，微流体通道的加热区设置的温度为45℃-70℃；优选为50-60℃。在所述温度范围内所得陶瓷微纤维的表面形貌均匀光洁，尺寸均匀。
[0028]陶瓷浆料基相和固化相的分离，在线加热固化形成微纤维生坯是较为关键的操作方法。目前传统制备陶瓷微纤维的方法大多数是基于溶胶凝胶混合的单相纺丝或挤出成型，微纤维生坯柔韧性差，可操作性较低；而基于微流体所使用的油水两相制备得到的陶瓷微纤维生坯采用紫外光对浆料前驱体进行固化，油相只起到包覆水相液柱的作用，而光固化不适用于氧化铝等不透明陶瓷浆料体系；本专利技术将氧化铝陶瓷浆料体系中的催化剂和引发剂混溶在与基相不同的第二相中，在通道中与浆料基相搅拌混合反应，加热形成微纤维生坯。得到的微纤维生坯柔韧性好，可操作性好。
[0029]在本专利技术的一些实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置，其特征在于：包括微流体通道、金属微管，微流体通道沿着浆料的流动方向分为进料区、混合区和加热区，混合区位于进料区和加热区之间，进料区与金属微管连接，金属微管的一端插入微流体通道中。2.如权利要求1所述的利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置，其特征在于：混合区内部设置若干搅拌棒，搅拌棒的两端分别与微流体通道的内壁相接，相邻的两个搅拌棒空间垂直。优选的，若干搅拌棒分为水平设置的搅拌棒和竖直设置的搅拌棒。3.如权利要求1所述的利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置，其特征在于：进料区远离混合区的一端连接入口管。4.如权利要求1所述的利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置，其特征在于：微流体通道的加热区的外侧设置加热装置。5.利用权利要求1-4任一所述的利用微流体芯片的氧化铝微纤维制备装置进行氧化铝微纤维的制备方法，其特征在于：具体步骤为：将基相流体通过入口管通入微流体通道，当基相流体流出微流体通道的出口时，通过金属微管通入固化相，在微流体通道的出口得到纤维生坯；将纤维生坯引入清洗溶液中，清洗完成后将纤维置于陈化溶液中进行静置固化，固化后的纤维经过干燥后得到陶瓷微纤维生坯，然后对其进行烧结得到氧化铝陶瓷微纤维。6.如权利要求5所述的氧化铝微纤维的制备方法，其特征在于：基相流体为氧化铝纳米分散液和预聚物的混合溶液，基相流体中氧化铝纳米颗粒的含量为70-75wt.％，预聚物含量为8-10wt.％；进一步，基相流体中氧化铝纳米颗粒的含量为72.7wt.％，预聚物含量为8.7wt.％；进一步...
【专利技术属性】
技术研发人员：满佳，周晨晨，于海博，满录明，夏荷，祁斌，张善国，李剑峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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