一种微纳负泊松比结构及其双光子聚合制备方法技术

一种微纳负泊松比结构及其双光子聚合制备方法，该方法包括步骤S1：设计具有负泊松比结构的双光子聚合体结构模型，将模型离散分层；步骤S2：配制满足双光子聚合的光敏树脂；步骤S3：将光敏树脂和金属离子溶液充分混合并放入激光打印池内；步骤S4：设置激光加工参数；步骤S5：实施双光子聚合工艺，获得微纳负泊松比结构；步骤S6：溶掉未交联的树脂，随后去应力、除油、清洗、烘干；步骤S7：测试所得微纳负泊松比结构的性能。本发明专利技术是在光敏树脂满足双光子聚合的前提下，通过飞秒激光精确聚合设计好的负泊松比结构，然后通过溶入金属离子提高微纳负泊松比结构的性能，为形性可控微纳负泊松比结构的高质量高精度制备提供一种可行的思路。

【技术实现步骤摘要】
一种微纳负泊松比结构及其双光子聚合制备方法
本专利技术涉及材料
，一种微纳负泊松比结构及其双光子聚合制备方法。
技术介绍
负泊松比材料在弹性范围内受到单轴拉伸时会发生侧向膨胀，而受压缩时材料的横向反而发生收缩，负泊松比材料具有特殊的几何结构，如内凹型、手性型、旋转型等，这赋予了它优异的物理力学性能，例如超高的比强度和比模量、断裂韧性、压痕阻力，以及良好的能量吸收能力。近年来国内外很多学者针对负泊松比结构和材料开展了广泛的研究，但已有的相关研究主要集中在毫米级及以上等宏观尺寸的负泊松比材料，关于微纳级别负泊松比结构的制造与应用研究尚处于起步阶段。由于负泊松结构通常构型比较复杂且胞体连接界面处有活动性，这给微纳级别的精密制备带来了巨大的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是为微纳负泊松比结构开发提供技术方案，提供一种形性可控微纳负泊松比结构的双光子聚合制备方法。本专利技术的技术方案是：利用三维软件设计出待加工的微纳负泊松比结构模型，将其转化为可用于加工的点云数据，然后通过相应的计算机可识别的指令，控制三维精密移动系统的移动；同时配制液态光敏树脂和增强金属离子混合溶液，采用飞秒激光实验装置对浸油的液态混合溶液进行逐点扫描→逐层扫描，利用数字振镜和一维压电平台配合，通过计算机控制三维精密移动系统的移动和光闸的关闭，通过CCD的实时监测系统观察实时的加工状态，实现微纳负泊松比结构的加工。本专利技术通过调整负泊松比3D结构和金属溶液类型，为形性可控微纳负泊松比结构的高质量高精度制备提供一种可行的思路。一种微纳负泊松比结构的双光子聚合制备方法，包括以下步骤：步骤S1：通过软件设计具有负泊松比结构的双光子聚合体结构模型，并利用软件将模型离散分层；步骤S2：配制满足双光子聚合的光敏树脂；步骤S3：将光敏树脂和金属离子溶液充分混合并放入激光打印池内；步骤S4：设置激光加工参数：脉冲宽度、平均脉冲能量、重复频率、中心波长、扫描速率和焦点直径；步骤S5：实施双光子聚合工艺，获得微纳负泊松比结构；步骤S6：溶掉未交联的树脂，随后去应力、除油、清洗、烘干；步骤S7：测试所得微纳负泊松比结构的性能。上述方案中，所述步骤S1中双光子聚合体结构模型为3D微纳负泊松比结构。上述方案中，所述步骤S2中模型分层软件为Solidworks、Skeinforge或Ferry。上述方案中，所述步骤S2中光敏树脂包括光引发剂、光敏剂、树脂单体、交联剂和稀释剂。上述方案中，所述步骤S2中光敏树脂为：甲基丙烯酸甲酯MethylMethacrylate、交联剂DPE-6A、光敏引发剂Benzil和光敏剂2-benzil-2-dimethlamino-4-morpholinobutyrophenon按照45:45:5:5的比例混合，或甲基丙烯酸甲(MethylMethacrylate、交联剂DPE-6A、光敏引发剂Benzil和光敏剂2-benzil-2-dimethlamino-4-morpholinobutyrophenon按照40:40:10:10的比例混合，或三官能团丙烯酸酯单体、光引发剂DPABz和苯乙烯/丙烯晴共聚物按照75:1:24的比例混合，其中所述三官能团丙烯酸酯单体为SR368或SR9008，所述苯乙烯/丙烯晴共聚物的比例为75：25。上述方案中，所述步骤S3中金属离子溶液为硝酸银溶液、氯化铁溶液或硫酸铜溶液。上述方案中，所述步骤S4中的激光加工参数：脉冲宽度为80fs，平均脉冲能量为0.10-0.45nJ，重复频率为40-80MHz，中心波长为780nm，扫描速率3-8mm/s，大数值孔径NA＝1.4油浸和高放大倍数100x的聚焦物镜。上述方案中，所述步骤S5具体为：采用飞秒激光实验装置对光敏树脂和金属离子的混合溶液进行逐点扫描、逐层扫描，利用数字振镜和一维压电平台配合，通过计算机控制三维精密移动系统的移动和光闸的关闭，通过CCD的实时监测系统观察实时的加工状态，获得微纳负泊松比结构。上述方案中，所述步骤S6具体为：采用酒精溶掉未交联的树脂；采用V丙酮：V水＝1：3的溶液、浸泡时间为30min或在80℃恒温作用下用烘箱处理3h去应力；除油试剂有无水乙醇，浸泡时间为30min；或氢氧化钠25g/L、碳酸钠30g/L、磷酸钠50g/L、45～55℃，浸泡时间为30min；或重铬酸钾15g/L、浓硫酸300mL/L、45～55℃，浸泡时间为30min。上述方案中，所述步骤S7中所述的负泊松比结构的性能包括：拉伸性能、剪切模量、弹性模量、减震性能、抗断裂性能或回弹韧性。一种微纳负泊松比结构，根据所述的微纳负泊松比结构的双光子聚合制备方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术着眼于微纳级别负泊松比结构的高精成型，以期突破微纳负泊松比结构制造技术瓶颈，为其应用提供具体的技术支撑。本专利技术基于高精度的双光子聚合方法，添加金属离子溶液进行调控，给出具体的材料配比、聚合工艺参数和后处理参数，制备形性可控的微纳负泊松比结构，显示良好的负泊松比性能。通过验证该方法制备的微纳负泊松比结构的性能，确定其呈现良好的负泊松比材料性质，证明了本专利技术的可行性与有效性。附图说明图1为本专利技术的制备流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1所示，一种微纳负泊松比结构的双光子聚合制备方法，包括设计预打印的微纳负泊松比结构模型及三维模型切片分层、双光子吸收光敏树脂配制、金属离子溶入、双光子聚合以及微纳负泊松比结构性能检测等。模型切片分层是指用Solidworks、Skeinforge或Ferry等软件对设计模型离散切分；双光子吸收光敏树脂配制是指将单体、光敏剂、光引发剂、稀释剂等混合后制得满足双光子吸收性质的树脂；双光子聚合是指符合双光子吸收性质的光敏树脂吸收两个光子发生聚合反应；将金属离子溶液溶入光敏树脂是指将增强离子溶入光敏树脂进行聚合以起到强化的作用。本专利技术是在光敏树脂满足双光子聚合的前提下，通过飞秒激光精确聚合设计好的负泊松比结构，然后通过溶入金属离子提高微纳负泊松比结构的性能。实施例1步骤S1：设计预打印的微纳负泊松比结构模型，利用Solidworks软件将其离散分层。步骤S2：配制液态聚合物即光敏树脂由甲基丙烯酸甲酯MethylMethacrylate、交联剂DPE-6A、光敏引发剂Benzil和光敏剂2-benzil-2-dimethlamino-4-morpholinobutyrophenon四种成分按照45:45:5:5的比例构成；步骤S3：将硝酸银溶液溶入光敏树脂并放入打印池内；步骤S4：选择激光加工参数：脉冲宽度80fs、平均脉冲能量0.10nJ、重复频率80MHz、中心波长780nm、扫描速率3mm/s、焦点直径0.35μm；步骤S5：实施双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微纳负泊松比结构的双光子聚合制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1：通过软件设计具有负泊松比结构的双光子聚合体结构模型，并利用软件将模型离散分层；/n步骤S2：配制满足双光子聚合的光敏树脂；/n步骤S3：将光敏树脂和金属离子溶液充分混合并放入激光打印池内；/n步骤S4：设置激光加工参数：脉冲宽度、平均脉冲能量、重复频率、中心波长、扫描速率和焦点直径；/n步骤S5：实施双光子聚合工艺，获得微纳负泊松比结构；/n步骤S6：溶掉未交联的树脂，随后去应力、除油、清洗、烘干；/n步骤S7：测试所得微纳负泊松比结构的性能。/n

【技术特征摘要】
1.一种微纳负泊松比结构的双光子聚合制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：通过软件设计具有负泊松比结构的双光子聚合体结构模型，并利用软件将模型离散分层；
步骤S2：配制满足双光子聚合的光敏树脂；
步骤S3：将光敏树脂和金属离子溶液充分混合并放入激光打印池内；
步骤S4：设置激光加工参数：脉冲宽度、平均脉冲能量、重复频率、中心波长、扫描速率和焦点直径；
步骤S5：实施双光子聚合工艺，获得微纳负泊松比结构；
步骤S6：溶掉未交联的树脂，随后去应力、除油、清洗、烘干；
步骤S7：测试所得微纳负泊松比结构的性能。


2.根据权利要求1所述的微纳负泊松比结构的双光子聚合制备方法，其特征在于，所述步骤S1中双光子聚合体结构模型为3D微纳负泊松比结构。


3.根据权利要求1所述的微纳负泊松比结构的双光子聚合制备方法，其特征在于，所述步骤S2中模型分层软件为Solidworks、Skeinforge或Ferry。


4.根据权利要求1所述的微纳负泊松比结构的双光子聚合制备方法，其特征在于，所述步骤S2中光敏树脂包括光引发剂、光敏剂、树脂单体、交联剂和稀释剂。


5.根据权利要求4所述的微纳负泊松比结构的双光子聚合制备方法，其特征在于，所述步骤S2中光敏树脂为：甲基丙烯酸甲酯MethylMethacrylate、交联剂DPE-6A、光敏引发剂Benzil和光敏剂2-benzil-2-dimethlamino-4-morpholinobutyrophenon按照45:45:5:5的比例混合，
或甲基丙烯酸甲(MethylMethacrylate、交联剂DPE-6A、光敏引发剂Benzil和光敏剂2-benzil-2-dimethlamino-4-morpholinobutyrophenon按照40:4...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔承云，陈璐，沈鹏，冯森，魏礼桢，崔熙贵，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32