一种液态金属复合多孔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种液态金属复合多孔膜及其制备方法，是以金属多孔材料作为负极，以对电极作为正极，以浓度pH≤0的强酸溶液作为导电液，在负极上滴加液态金属，施加0.5～5V的电压使液态金属填充所述金属多孔材料的孔道，填充完成后持续施加电压稳定1～5min。本发明专利技术还公开了一种响应性门控系统，液态金属复合多孔膜设于流道中并作为流体通过流道的门控单元，响应物通过使液态金属表面存在或不存在固态氧化层使液态金属处于第一流动状态或第二流动状态，以控制流体通过液态金属复合多孔膜的孔道状态，其具有孔道“记忆”与“恢复”性质，在智能孔道开关及物质响应性检测中有广阔应用前景。前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属复合多孔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于新材料制备和新材料器件设计应用领域，具体涉及一种液态金属复合多孔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]液态金属是指在常温下处于可流动液体状态的一类具有低熔点的单一或多种金属组成的金属。它拥有普通液体的特性，如粘性、流动性及变形性。但也拥有特异性，如高导电性、高密度、高表面张力、高导热性、低挥发性、无毒及良好的生物相容性。由于这些优异的特性，液态金属近年来逐渐成为新兴材料的研究重点和热点。
[0003]新型材料的提升，离不开与附加材料的结合和结构的优化设计。液态金属的研究重点目前主要围绕液态金属自身的性质，表现在以液态金属组成成分为重点的特定液态金属制备及研究相关单一复合材料的物理化学性质，主要应用于微流控、基于可拉伸复合软材料的柔性电路和穿戴设备、能源利用、生化材料、马达、智能新型机器人等。而对于其中液态金属界面的研究例如高界面能、黏附性及界面薄氧化层等相关复合材料研究却极少，尤其是氧化层的研究利用。氧化层的形成主要存在于含镓等易被空气氧化成分的液态金属。而这一特性目前主要用于控制液态金属的变形及选择性的润湿。因此对于如何开发新型液态金属材料，进一步提升液态金属的特异性优势，是当前液态金属材料设计领域的另一新颖课题。而这些研究的开展也将对新型液态金属材料的应用开发提供了可能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种液态金属复合多孔膜及其制备方法和应用。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]本专利技术提供了一种液态金属复合多孔膜的制备方法，其是采用电化学方法，以金属多孔材料作为负极，以对电极作为正极，以浓度pH≤0的强酸溶液作为导电液，在负极上滴加液态金属，施加0.5～5V的电压使液态金属填充所述金属多孔材料的孔道，填充完成后持续施加电压稳定1～5min，取出负极清洗后干燥，得到所述液态金属复合多孔膜。这里所述的填充完成，是指金属多孔材料上下(正反)表面均有液态金属填充后的银白色光泽。
[0007]可选的，所述pH≤0的强酸溶液为浓度≥1M的盐酸溶液。
[0008]可选的，所述金属多孔材料的孔径范围为5μm～30μm。
[0009]可选的，所述液态金属是镓与至少包括铟、硒中的一种元素的合金，所述液态金属在常温下为液态。这里所述的常温是指常规气候条件下的室内温度，定义为10-30℃。
[0010]可选的，所述对电极可选标准电极，如饱和甘汞电极、Ag/AgCl电极；或化学性质不活泼但具有优良导电性的电极，如：玻碳电极等。
[0011]可选的，所述干燥方法有烘干、吹干和晾干等。
[0012]其中，盐酸溶液浓度≥1M可以确保液态金属表面不形成氧化层。
[0013]其中，电压不能低于0.5V，只有高于该电压液态金属才能快速、有效的填充所述金属多孔材料的孔道；高于5V，则电能利用效率将降低。
[0014]本专利技术还提供了上述方法制备的液态金属复合多孔膜，所述液态金属复合多孔膜由权利要求1～3任一项所述方法制得；所述液态金属复合多孔膜包括金属多孔材料和液态金属，所述液态金属填充所述金属多孔材料的孔道并覆盖所述金属多孔材料的表面，且所述液态金属和金属多孔材料的接触界面形成合金层。
[0015]本专利技术还提供了一种响应性门控系统，包括流道、响应物以及上述液态金属复合多孔膜，所述液态金属复合多孔膜设于所述流道中并作为流体通过所述流道的门控单元；所述响应物通过使所述液态金属表面存在或不存在固态氧化层使所述液态金属处于第一流动状态或第二流动状态，以控制流体通过所述液态金属复合多孔膜的孔道状态。
[0016]可选的，所述流体含有所述响应物。
[0017]可选的，还包括响应性物质单元，所述响应性物质单元与所述液态金属复合多孔膜接触，所述响应性物质单元含有所述响应物。
[0018]可选的，于所述第一流动状态下当流体通过所述液态金属复合多孔膜后所述液态金属开放所述孔道，于所述第二流动状态下当流体通过所述液态金属复合多孔膜后所述液态金属封闭所述孔道。
[0019]可选的，所述响应物通过生成或消融所述液态金属表面的固态氧化层改变所述液态金属的流动状态以改变所述液态金属复合多孔膜的孔道状态。
[0020]可选的，所述响应物是氧化性物质或还原性物质，通过氧化还原反应生成或消融所述液态金属表面的固态氧化层。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022]本专利技术将刚性多孔网络金属的固体材料与流动的含镓液态金属进行结合，开发了一种新型液态金属复合多孔膜，为新型液态金属材料的开发提供了新思路。本专利技术结合多孔网络金属固体材料的多孔、刚性结构和液态金属的流体、界面高表面能、氧化层的特性，设计了具有孔道形状“记忆”到状态“恢复”间变化多孔膜材料，并实现了在响应性门控系统中的应用。该种体系原理简单且易于实施，可广泛用于智能可调控门控体系，尤其是智能门控开关以及物质响应性检测等领域的研发。
附图说明
[0023]图1为实施例1的制备方法的原理示意图；
[0024]图2为实施例1制备的液态金属复合多孔膜的结构示意图；
[0025]图3为实施例2的响应性门控系统的装置示意图；
[0026]图4为实施例2中含有不同响应物的流体通过门控单元的门控压力示意图；
[0027]图5为实施例2中门控单元对不同响应物响应过程和结果的原理示意图；
[0028]图6为实施例3的响应性门控系统的装置示意图；
[0029]图7为实施例3中空气通过含有不同响应性物质单元的门控系统的门控压力示意图；
[0030]图8为实施例3中门控单元对不同响应物响应结果的原理示意图；
[0031]图9为实施例4中不同响应性物质单元对门控单元的作用结果示意图；
[0032]图10为实施例5中不同成分的响应性物质单元对门控单元的作用结果示意图；
[0033]图11为实施例6中不同浓度的响应性物质单元对门控单元的作用结果示意图。
具体实施方式
[0034]以下结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步解释。
[0035]实施例1
[0036]参考图1，一种液态金属复合多孔膜的制备方法，其包括如下步骤：
[0037]S1、选择可与镓铟硒液态金属(Ga
x
In
y
Se
z
)中主要成分Ga相互作用的铜质多孔膜(这里选用的是泡沫铜为代表)作为液态金属复合多孔膜的刚性基底材料；
[0038]S2、采用两电极体系，将上述准备材料作为工作电极，玻碳电极为对电极，1M HCl为导电液，以工作电极作为负极，对电极作为正极，按图1进行装配；
[0039]S3、通风环境中，在工作电极上滴加镓铟硒液态金属，施加1V电压至液态金属将铜质多孔膜覆盖后稳定2min；
[0040]S3、取出工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态金属复合多孔膜的制备方法，其特征在于：采用电化学方法，以金属多孔材料作为负极，以对电极作为正极，以浓度pH≤0的强酸溶液作为导电液，在负极上滴加液态金属，施加0.5～5V的电压使液态金属填充所述金属多孔材料的孔道，填充完成后持续施加电压稳定1～5min，取出负极清洗后干燥，得到所述液态金属复合多孔膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述金属多孔材料的孔径范围为5μm～30μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述液态金属是镓与至少包括铟、硒中的一种元素的合金，所述液态金属在常温下为液态。4.一种液态金属复合多孔膜，其特征在于：所述液态金属复合多孔膜由权利要求1～3任一项所述方法制得；所述液态金属复合多孔膜包括金属多孔材料和液态金属，所述液态金属填充所述金属多孔材料的孔道并覆盖所述金属多孔材料的表面，且所述液态金属和金属多孔材料的接触界面形成合金层。5.一种响应性门控系统，其特征在于：包括流道、响应物以及权利要求4所述的液态金属复合多孔膜，所述液态金属复合多孔膜设于所述流道中并作为流体通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯旭，樊漪，陈予全，王辉猛，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：