一种双负声学超构凝胶材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种双负声学超构凝胶材料及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域。本发明专利技术基于气相、水相与油相制备得到油包水包气乳液，所述油包水包气乳液包括油相与分散在所述油相中的水包气微球；去除所述油包水包气乳液中的油相，之后将所得水包气微球与复合水凝胶溶液混合，得到3D打印墨水；将所述3D打印墨水依次进行3D挤出打印和物理成胶，得到双负声学超构凝胶材料。本发明专利技术基于微流控和3D打印技术制备双负声学超构凝胶材料，能够精确控制微球的形态、尺寸以及分布，最终制备得到的双负声学超构凝胶材料能够应用在超声成像频率范围内(0.5～15MHz)。范围内(0.5～15MHz)。范围内(0.5～15MHz)。

【技术实现步骤摘要】
一种双负声学超构凝胶材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及功能材料
，尤其涉及一种双负声学超构凝胶材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]声学超构材料是一种人工结构材料，通过人工设计材料的结构使其整体上表现为具备特殊声学性质的材料，如负折射、声隐身、超常透射、亚波长成像等。目前，软质声学超构材料引发研究者的广泛关注。现有的软质声学超构材料主要通过乳液聚合、分散聚合以及悬浮聚合等传统方法制备，利用分散相与基体之间的机械性能差异实现负等效声学参数，如负等效质量密度参数和负等效弹性模量参数(Brunet,T.,etal.,Sharpacoustic multipolar
‑
resonancesinhighlymonodisperseemulsions.AppliedPhysics Letters,2012.101(1):p.011913.；Brunet,T.,etal.,Soft3Dacousticmetamaterial withnegativeindex.NatureMaterials,2015.14(4):p.384
‑
388.；Brunet,T.,J.Leng,andO.Mondain
‑
Monval,SoftAcousticMetamaterials.Science,2013.342(6156):p.323
‑
324.)。但是这些方法通常会产生多分散性、重现性差和可调节形态较差的微球，最终制备得到的软质声学超构材料中微泡尺寸较大，平均半径为160μm，且主要使用低声速硅胶微球制备软质声学超构材料，导致其只能在低频范围(50～500kHz)工作。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种双负声学超构凝胶材料及其制备方法和应用，采用本专利技术方法能够精确控制微球的形态、尺寸以及分布，最终所得双负声学超构凝胶材料能够应用在超声成像频率范围内(0.5～15MHz)。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种双负声学超构凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]基于气相、水相与油相制备得到油包水包气乳液，所述油包水包气乳液包括油相与分散在所述油相中的水包气微球；
[0007]去除所述油包水包气乳液中的油相，之后将所得水包气微球与复合水凝胶溶液混合，得到3D打印墨水；
[0008]将所述3D打印墨水依次进行3D挤出打印和物理成胶，得到双负声学超构凝胶材料。
[0009]优选地，所述气相包括空气、氮气或惰性气体；
[0010]所述水相包括第一凝胶材料与水，所述第一凝胶材料包括壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇二丙烯酸酯或甲基丙烯酸酰化明胶；
[0011]所述油相包括硅油。
[0012]优选地，所述油包水包气乳液在多相流微流控系统中制备得到；
[0013]所述多相流微流控系统包括管状主体，沿物料流动方向，所述管状主体上依次设
置有气相进口、水相进口与油相进口，所述管状主体内设置有与油相进口连通的油相微通道，所述油相微通道内设置有与水相进口连通的水相微通道，所述水相微通道内设置有与气相进口连通的气相微通道；其中，所述气相微通道、水相微通道和油相微通道的半径在5～500μm范围内，且所述气相微通道的半径小于水相微通道的半径，同时所述水相微通道的半径小于油相微通道的半径；
[0014]制备所述油包水包气乳液时，所述气相、水相与油相的流速独立地为1～10μL/min。
[0015]优选地，所述水包气微球的半径为15～50μm。
[0016]优选地，所述复合水凝胶溶液包括第二凝胶材料、辅助固化材料与水；所述复合水凝胶溶液中第二凝胶材料的浓度为10～20wt％，辅助固化材料的浓度为1～5wt％。
[0017]优选地，所述第二凝胶材料包括壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇二丙烯酸酯或甲基丙烯酸酰化明胶，所述辅助固化材料包括卡拉胶、明胶或琼脂。
[0018]优选地，所述3D打印墨水中水包气微球的体积分数为5～40％。
[0019]优选地，所述3D挤出打印在室温条件下进行，所述3D挤出打印的操作条件包括：针头挤出速度为0.1～1mm/s，针头移动速度为0.1～1mm/s；打印线间距<1mm，打印厚度为1～3mm，打印宽度为4～6mm。
[0020]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的双负声学超构凝胶材料，包括凝胶基体材料与分布于所述凝胶基体材料中的中空微泡，所述中空微泡的半径为15～50μm。
[0021]本专利技术提供了上述技术方案所述双负声学超构凝胶材料在制备超声穿透成像制剂中的应用，所述超声穿透成像制剂适用的高声阻抗介质包括肌肉或颅骨。
[0022]本专利技术提供了一种双负声学超构凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：基于气相、水相与油相制备得到油包水包气乳液，所述油包水包气乳液包括油相与分散在所述油相中的水包气微球；去除所述油包水包气乳液中的油相，之后将所得水包气微球与复合水凝胶溶液混合，得到3D打印墨水；将所述3D打印墨水依次进行3D挤出打印和物理成胶，得到双负声学超构凝胶材料。本专利技术基于微流控和3D打印技术制备双负声学超构凝胶材料，能够精确控制微球的形态、尺寸以及分布，最终制备得到的双负声学超构凝胶材料能够应用在超声成像频率范围内(0.5～15MHz)。
附图说明
[0023]图1为本专利技术中多相流微流控系统的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术中3D打印系统的结构示意图。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种双负声学超构凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]基于气相、水相与油相制备得到油包水包气乳液，所述油包水包气乳液包括油相与分散在所述油相中的水包气微球；
[0027]去除所述油包水包气乳液中的油相，之后将所得水包气微球与复合水凝胶溶液混合，得到3D打印墨水；
[0028]将所述3D打印墨水依次进行3D挤出打印和物理成胶，得到双负声学超构凝胶材料。
[0029]在本专利技术中，若无特殊说明，所用原料均为本领域技术人员熟知的市售商品，所用设备均为本领域技术人员熟知的设备。
[0030]本专利技术基于气相、水相与油相制备得到油包水包气乳液，所述油包水包气乳液包括油相与分散在所述油相中的水包气微球。在本专利技术中，所述气相优选包括空气、氮气或惰性气体，更优选为空气。在本专利技术中，所述水相优选包括第一凝胶材料与水；所述第一凝胶材料优选包括壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇二丙烯酸酯或甲基丙烯酸酰化明胶，更优选为聚乙烯醇；所述水相中第一凝胶材料的质量分数优选为1～10％，更优选为1.5～5％，进一步优选为2％。本专利技术优选采用上述种类的第一凝胶材料，具有生物相容性好、环境友好、安全无毒的优点。在本专利技术中，所述油相优选包括硅油。
[0031]在本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双负声学超构凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：基于气相、水相与油相制备得到油包水包气乳液，所述油包水包气乳液包括油相与分散在所述油相中的水包气微球；去除所述油包水包气乳液中的油相，之后将所得水包气微球与复合水凝胶溶液混合，得到3D打印墨水；将所述3D打印墨水依次进行3D挤出打印和物理成胶，得到双负声学超构凝胶材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述气相包括空气、氮气或惰性气体；所述水相包括第一凝胶材料与水，所述第一凝胶材料包括壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇二丙烯酸酯或甲基丙烯酸酰化明胶；所述油相包括硅油。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述油包水包气乳液在多相流微流控系统中制备得到；所述多相流微流控系统包括管状主体，沿物料流动方向，所述管状主体上依次设置有气相进口、水相进口与油相进口，所述管状主体内设置有与油相进口连通的油相微通道，所述油相微通道内设置有与水相进口连通的水相微通道，所述水相微通道内设置有与气相进口连通的气相微通道；其中，所述气相微通道、水相微通道和油相微通道的半径在5～500μm范围内，且所述气相微通道的半径小于水相微通道的半径，同时所述水相微通道的半径小于油相微通道的半径；制备所述油包水包气乳液时，所述气相、水相与油相的流速独立地为1～10μL...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑音飞，杨雨茗，段会龙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：