一种兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系及其制备方法技术

本发明专利技术属于智能材料与结构领域，基于功能结构化和结构功能化的微结构材料新概念，构筑了由功能化智能复合材料和可控智能展开结构组成一体化智能材料与结构体系，可根据需求实现个性化制造和智能调控。该体系中功能化智能复合材料具有从环境中快速分离富集目标物的能力，也赋予体系检测传感和催化等能力，与此同时功能化智能复合材料也使得体系具有检测传感和催化等能力。值得注意的是体系中的可控智能展开结构能够以预设的方式响应环境激励，在预设的时间和预设的指定位置以可控展开的方式释放出被包裹在其内的功能化智能复合材料，进而实现该体系在设定时间段内，指定水层深度或水环境位置，对目标物的可控分离富集回收、检测传感、催化。该智能材料与结构体系可设计性和普适性强，解决了传统材料难以在设定时间段内和指定水层深度或水环境位置，实现对目标物的可控分离富集、检测传感、催化等多功能一体化的技术问题，应用前景好。应用前景好。应用前景好。

【技术实现步骤摘要】
一种兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系及其制备方法


[0001]本专利技术涉及智能材料与结构领域，具体涉及一种兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系及其可控制备方法。

技术介绍

[0002]材料、结构、功能一体化是智能制造的基础、核心和源动力，是制造强国战略的重要组成部分。随着科技进步，材料和结构向高性能和多功能方向不断发展。智能材料与结构体系基于功能结构化和结构功能化的微结构材料新概念，利用先进制造技术，面向生医仿生、新型能源、智能车辆、无人系统、航空航天、油水分离、生物传感器、药物传递等领域，具有重大应用前景。智能材料可感知温度场、水化学场、电场、磁场、声场、化学场或光辐照等多种场作用，是集传感、反馈、信息识别与积累、响应、自诊断、自修复和自适应等功能于一体的材料与结构系统，它能适时感知与响应环境（包括内环境和外环境）刺激，并改变材料和结构的性能参数，实现自检测、自诊断、自修复、自适应等多种功能。同时，先进结构轻量化是空天、车辆、机器人等装备领域的不懈追求。轻量化技术通常包括结构设计技术和轻质多功能材料与结构技术，体现为结构最优化和材质轻量化。智能化和轻量化是先进装备结构技术的重要发展趋势。
[0003]一体化智能材料与结构的开发已经成为制约智能制造领域发展的瓶颈问题之一，面向智能制造对智能材料与结构提出的新需求，本专利技术提供了一种兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系的设计及可控制备方法，所构筑的智能材料与结构体系由功能化智能复合材料和可控智能展开结构组成。该体系中基于智能材料的激励响应能力，功能化智能复合材料具有快速吸附富集目标物的能力，以达到从环境中分离富集目标物的目的，另外智能复合材料中的功能化成分赋予该体系检测传感和催化等能力。体系中的可控智能展开结构具有可控展开能力，能够以预设的方式响应环境激励，在预设的时间和预设的指定位置以可控展开的方式释放出被包裹在其内的功能化智能复合材料，进而实现该体系在设定时间段内，指定水层深度或水环境位置，对目标物的可控分离富集回收、检测传感、催化。
[0004]本专利技术中材料与结构体系的一体化和智能化制造，解决了传统材料难以在设定时间段内和指定水层深度或水环境位置，实现对目标物的可控分离富集、检测传感、催化等多功能一体化的技术问题，所构建的兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系具备良好的发展潜力和应用前景，为探索新型一体化智能材料与结构体系提供了思路和可行性方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术基于功能
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材料
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结构一体化设计策略，研发了集富集分离、检测传感、催化功能于一体的智能材料与结构体系，进而根据个性化任务需求设计制备一种一体化智能材
料与结构体系。
[0006]本专利技术提供了一种兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系的方法，包括如下具体实施步骤：步骤一，功能化智能复合材料制备：根据个性化定制需求将智能基体材料与一定比例的功能相材料复合，获得功能化的智能复合材料；步骤二，构筑可控智能展开结构所使用材料的制备和改性优化：将智能材料前驱体装入模具进行固化，可在固化前或固化后进行改性优化；步骤三，将上述步骤一和步骤二中获得的智能材料加热一段时间后根据个性化定制需求分别进行预变形和组装，然后保持预变形状态并冷却，根据个性化定制需求给体系安装合适的配重物，获得一体化智能材料与结构体系。
[0007]优选的，所述步骤一中功能化智能复合材料基体包括：智能水凝胶基体和多孔材料等智能吸附材料的一种或几种的复合，例如，聚乙烯醇基4D气凝胶、海藻酸钠/丙烯酰胺/聚乙烯醇超分子激励响应水凝胶、水性聚氨酯基4D打印激励响应多孔材料、丙烯酰胺/石墨烯形状记忆多孔复合材料、SiNC多孔陶瓷等4D气凝胶、超分子激励响应水凝胶、4D打印激励响应多孔材料、激励响应石墨烯复合材料、多孔陶瓷。
[0008]优选的，所述步骤一中功能化智能复合材料中的功能相材料包括：具有催化能力的材料和具有检测传感能力的材料中的一种或几种的复合，例如，磷酸铋、氮化碳、石墨烯、单原子Pb、MOF、碳量子点、二硫化钼、黑鳞、降解酶、磷酸铋/氮化碳纳米复合材料等纳米材料、碳材料、二维材料、有机材料。
[0009]优选的，所述步骤二中构筑可控智能展开结构所使用材料包括：水性聚氨酯基、聚氨酯丙烯酸酯基、环氧丙烯酸酯基、环氧基、苯乙烯基、聚乙烯醇基、聚己内酯基、聚降冰片烯基、乙烯醋酸乙烯共聚物基、聚乙烯基智能材料。
[0010]优选的，所述步骤二中构筑可控智能展开结构所使用材料改性优化方法包括：在固化前将改性功能相与前驱体混合、固化后进行酸或碱处理、热处理、辐照等改性优化方法。
[0011]本专利技术具有如下优点。
[0012]1、本专利技术制备的一体化智能材料与结构体系解决了传统材料难以在设定时间段内和指定水层深度或水环境位置，实现对目标物的可控分离富集、检测传感、催化等多功能一体化的技术问题。
[0013]2、本专利技术所构建的一体化智能材料与结构体系具备良好的发展潜力和应用前景，为探索新型一体化智能材料与结构体系提供了思路和可行性方法。
[0014]3、本专利技术中的一体化智能材料与结构体系具有易于改性修饰和复合、结构可设计性好、功能性易拓展等优点。
附图说明
[0015]图1是本专利技术所提供的一种兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系机制示意图。
具体实施方式
[0016][0017]兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系具备良好的发展潜力和应
用前景，下面结合具体实施方式并对照附图1对本专利技术作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。
[0018]本实施例所提供的兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系制备方法，其具体步骤为：向水中加入1wt%~15wt%醇解度为72.5~99.4 mol %的聚乙烯醇，使其充分溶胀，加热至100
o
C左右使其充分溶解，自然冷却后将其pH值调节至2~6，得到聚乙烯醇溶液；根据个性化定制需求向聚乙烯醇溶液中加入功能相材料，例如加入0 wt%~30 wt%的磷酸铋、氮化碳、石墨烯、单原子Pb、MOF、碳量子点、二硫化钼、黑鳞、降解酶、磷酸铋/氮化碳纳米复合材料，使其均匀分散，再加入0.1vol%~5vol%戊二醛搅拌均匀，得到预聚液，倒入模具静置一段时间后，进行真空冷冻干燥，获得功能化的激励响应复合材料；将激励响应预聚物例如水性聚氨酯基、聚氨酯丙烯酸酯基、环氧丙烯酸酯基、环氧基、苯乙烯基、聚乙烯醇基、聚己内酯基、聚降冰片烯基、乙烯醋酸乙烯共聚物基、聚乙烯基预聚物及其复合材料倒入模具进行固化后，放入烘箱中热处理，得到激励响应复合材料，将其浸入盐酸
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乙醇溶液中0.5~12小时，用去离子水洗涤至表面pH值接近中性后，在60
o
C的烘箱中干燥12
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24 h获得改性的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系的制备方法，其特征在于所述的一体化智能体系基于功能结构化和结构功能化的微结构材料策略由功能化智能复合材料和可控智能展开结构组成。2.根据权利要求1所述的一种兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系的制备方法，其特征在于，功能化智能复合材料基体包括智能水凝胶基体和多孔材料等智能吸附材料的一种，例如聚乙烯醇基4D气凝胶、海藻酸钠/丙烯酰胺/聚乙烯醇超分子激励响应水凝胶、水性聚氨酯基4D打印激励响应多孔材料、丙烯酰胺/石墨烯形状记忆多孔复合材料、SiNC多孔陶瓷等4D气凝胶、超分子激励响应水凝胶、4D打印激励响应多孔材料、激励响应石墨烯复合材料、多孔陶瓷。3.根据权利要求1所述的一种兼具分离富集、检测、催化功能的一体化智能结构体系的制备方法，其特征在于，功能化智能复合材料中的功能相材料包括具有催化能力的材料和具有检测传感能力的材料中的一种或几种的复合，例如，磷酸铋、氮化碳、石墨烯、单原子Pb、MO...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文欣，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：