一种三维纤维骨架多孔材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种三维纤维骨架多孔材料，所述的多孔材料是以纳米级或微米级纤维为骨架，纤维之间以无序或部分有序的方式排列，纤维之间形成纳米级、微米级或毫米级的孔道，纤维直径为50nm

【技术实现步骤摘要】
一种三维纤维骨架多孔材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种三维纤维骨架多孔材料及其制备方法，属于新材料领域。

技术介绍

[0002]三维多孔材料是一种由固体微粒或者纤维构成的三维聚集状态，其中内部含有大量气体作为分散介质，具有良好的隔热性能、吸噪性能，同时具有较小的密度。因此，三维多孔材料在能源催化、生物医疗、石油化工、航空航天、建筑材料、国防军工领域具有广泛的应用。现有三维多孔材料中，其骨架材料主要包括两类：固体微粒以及微纳米纤维。其中，以一维纳米纤维或纳米线构成的三维多孔材料的主要制备方法如下(Y.Si,J.Yu,X.Tang,J.Ge and B.Ding,Ultralight nanofibre
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assembled cellular aerogels with superelasticity and multifunctionality.Nat.Commun.5,5802(2014)；Z.Yu,B.Qin,Z.Ma,J.Huang,S.Li,H.Zhao,H.Li,Y.Zhu,H.Wu,and S.Yu,Superelastic hard carbon nanofiber aerogels.Adv.Mater.1900651(2019))：首先将已制备的纤维或者纳米线分散在液相中形成悬浮液，再通过胶凝或冷冻使之固化，最后将其进行冷冻干燥或者超临界萃取除去溶剂，得到三维多孔材料。其存在的主要问题是，得到的三维材料中纤维较短，连续性差，纤维之间的作用力较小，造成其力学性能较差，并且制备工艺较繁琐，成本高。此外，也有文献报道(M.K.Joshi,H.R.Pant,A.P.Tiwari,H.J.Kim,C.H.Park,C.S.Kim,Multi
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layered macroporous three
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dimensional nanofibrous scaffold via a novel gas foaming technique.Chem.Eng.J.275,79
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88(2015)；J.Jiang,Z.Li,H.Wang,Y.Wang,M.A.Carlson,M.J.Teusink,M.R.MacEwan,L.Gu,J.Xie,Expanded 3D nanofiber scaffolds:cell penetration,neovascularization,and host response.Adv.Healthc.Mater.5,2993
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3003(2016))将纤维膜置于溶液中，通过在溶液中快速的生成气体使纤维膜膨胀，最后通过冷冻干燥、真空干燥或超临界萃取形成三维多孔材料，但是该方法仍然存在制备过程复杂，成本高的问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种三维纤维骨架多孔材料及其制备方法。
[0004]本专利技术的三维纤维骨架多孔材料孔隙率可调，孔隙率可达99％以上，具有各向异性的力学性能、高的压缩回弹性、低导热系数、良好的吸噪性能和防水透气性能。
[0005]本专利技术的制备方法简单、成本低、易于推广利用。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0007]一种三维纤维骨架多孔材料，所述的多孔材料是以纳米级或微米级纤维为骨架，纤维之间以无序或部分有序的方式排列，纤维之间形成纳米级、微米级或毫米级的孔道，纤维直径为50nm
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1微米，三维纤维骨架多孔材料的平均孔径为50nm～10毫米，作为骨架的纤维选自有机聚合物纤维、无机/有机聚合物复合纤维、无机纤维、有机/有机聚合物复合纤维、无机/无机复合纤维中的一种。
[0008]根据本专利技术优选的，作为骨架的纤维选自有机聚合物纤维或无机/有机聚合物复合纤维。
[0009]有机聚合物纤维、无机/有机聚合物复合纤维、无机纤维、有机/有机聚合物复合纤维、无机/无机复合纤维按本领域的现有技术进行制备。
[0010]根据本专利技术优选的，三维纤维骨架多孔材料的孔隙率为90％～99％。
[0011]根据本专利技术优选的，三维纤维骨架多孔材料具有各向异性的拉伸强度和断裂伸长率。
[0012]根据本专利技术优选的，三维纤维骨架多孔材料具有高的压缩回弹性。
[0013]根据本专利技术优选的，三维纤维骨架多孔材料具有好的吸声性能和防水透气性。
[0014]本专利技术的三维纤维骨架多孔材料在液体中表面形成液膜，内部形成封闭空间，可长时间漂浮在液体表面而不下沉,液体根据三维纤维骨架多孔材料的种类进行选择。
[0015]本专利技术的三维纤维骨架多孔材料在孔道中充满液体的情况下，通过施加外力将液体压出，形成二维多孔纤维膜。
[0016]本专利技术的三维纤维骨架多孔材料在惰性气氛下进行煅烧转变为三维多孔碳材料或三维多孔碳/无机物复合材料。
[0017]在惰性气氛下进行煅烧碳化按本领域的常规技术进行。
[0018]上述三维纤维骨架多孔材料的制备方法，包括步骤如下：
[0019]a、将二维多孔材料浸入溶液中后取出或向二维材料表面滴加溶液，使二维材料完全被液体浸润，在纤维膜表面形成液膜；
[0020]b、通过物理或化学方式使二维多孔材料所填充的液体内部生成气体；
[0021]c、二维多孔材料在气体压力作用下逐渐膨胀，形成三维纤维骨架多孔材料；
[0022]d、干燥三维纤维骨架多孔材料。
[0023]本专利技术中2D多孔材料向3D多孔材料的转变过程包括二维多孔材料表面液膜的形成，通过化学或物理方式使二维多孔材料填充液体内部生成气体，二维材料在气体压力作用下的膨胀，液体从体系中的去除(干燥)等步骤。
[0024]根据本专利技术优选的，步骤a中，二维多孔材料的成型方式为湿法纺丝、干法纺丝、喷吹、离心甩丝或静电纺丝，二维多孔材料直接在收集基底上面形成二维纤维膜、纤维毯、纤维毡，或通过对纤维进行后处理形成由纤维构筑的二维多孔材料。
[0025]根据本专利技术优选的，步骤a中，二维多孔材料的成型方式为静电纺丝，静电纺丝为溶液静电纺丝方法或熔融静电纺丝方法。
[0026]根据本专利技术优选的，步骤a中，二维多孔材料成型前的溶胶前驱体为高分子溶液或熔体、高分子和无机化合物混合溶液或溶胶、无机化合物溶液或溶胶。
[0027]根据本专利技术优选的，步骤a中，二维多孔材料成型前的溶胶前驱体为高分子溶液或熔体、高分子和无机化合物混合溶液或溶胶。
[0028]步骤a中，溶液中含有可产生气体的化合物。
[0029]根据本专利技术优选的，步骤a中，纤维膜表面形成的液膜为水基溶液膜，水基溶液包括水溶液或水/有机溶剂混合溶液。
[0030]根据本专利技术优选的，步骤b中，化学生成气体的方式为过氧化氢的催化分解、硼氢化钠的催化分解或碳酸氢铵的分解。
[0031]根据本专利技术优选的，步骤b中，通过化学反应生成的气体为无毒的氧气、氢气或二氧化碳。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维纤维骨架多孔材料，所述的多孔材料是以纳米级或微米级纤维为骨架，纤维之间以无序或部分有序的方式排列，纤维之间形成纳米级、微米级或毫米级的孔道，纤维直径为50nm
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1微米，三维纤维骨架多孔材料的平均孔径为50nm～10毫米，作为骨架的纤维选自有机聚合物纤维、无机/有机聚合物复合纤维、无机纤维、有机/有机聚合物复合纤维、无机/无机复合纤维中的一种。2.根据权利要求1所述的三维纤维骨架多孔材料，其特征在于，作为骨架的纤维选自有机聚合物纤维或无机/有机聚合物复合纤维，三维纤维骨架多孔材料的孔隙率为90％～99％。3.权利要求1所述的三维纤维骨架多孔材料的制备方法，包括步骤如下：a、将二维多孔材料浸入溶液中后取出或向二维材料表面滴加溶液，使二维材料完全被液体浸润，在纤维膜表面形成液膜；b、通过物理或化学方式使二维多孔材料填充液体内部生成气体；c、二维多孔材料在气体压力作用下逐渐膨胀，形成三维纤维骨架多孔材料；d、干燥三维纤维骨架多孔材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，二维多孔材料的成型方式为湿法纺丝、干法纺丝、喷吹、离心甩丝或静电纺丝，二维多孔材料直接在收集基底上面形成二维纤维膜、纤维毯、纤维毡，或通过对纤维进行后处理形成由纤维构筑的二维多孔材料；优选的，步骤a中，二维多孔材料的成型方式为静电纺丝，静电纺丝为溶液静电纺丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦秀玲，邱烽，陈代荣，夏玉国，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：