[发明专利]一种具有能量转化效应的形状记忆Janus材料的制备方法

说明书

本发明公开一种具有能量转化效应的形状记忆Janus材料的制备方法，着眼于设计和制备具有不对称表面性质的纸片(Janus纸片)，以实现可控的不对称润湿和溶胀行为并以此驱动材料的宏观可逆形变，以实现从溶胀势能到机械能的转化。本发明包括工作平台的搭建、Janus纸片的制备、能量转化装置的设计与评估等步骤。所得的Janus纸片材料在水环境中短时间发生弯曲形变，形变后曲率达到200m^‑1。该Janus纸片在空载和载荷条件下都具有稳定的形变终点，展现出良好的形状记忆功能。在能量转化过程中，该纸片也展现良好的稳定性和灵敏度。本发明制备工艺简单，原料易得，无毒环保，成本低廉，稳定性强，适合大面积制备，并在未来传感器件等领域具有光明的应用前景。

技术领域

本发明属于不对称表面润湿材料制备技术领域，特别涉及制备具有不对称润湿性，不对称溶胀性，形状记忆功能材料的方法。

背景技术

具有不对称性质的界面在自然界中广泛存在，如荷叶上下表面润湿性的巨大差异，生物细胞膜的选择透过性等等。对自然界这种不对称性的仿生设计往往赋予界面材料许多独特性能，例如流体的定向透过性，选择黏附性等，可应用于流体定向传输，乳液分离，膜蒸馏等领域。

溶胀是高分子聚合物在溶剂中体积发生膨胀的过程，该过程相对稳定易于控制，宏观上可用于超吸附材料等，微观上又可用于控制材料表面形貌，微观尺寸，结构网络等。对于宏观上溶胀驱动的形状记忆材料，往往着眼于溶胀终点的设计，这一手段方便高效，稳定性高，可控性强，且成本低廉，在能量转化器件，环境传感器件等领域都具有光明的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种简便，环保地制备具有能量转化效应的形状记忆 Janus纸片材料的方法。通过利用其稳定的不对称润湿性和溶胀性，控制材料的宏观形变，从而实现了从溶胀势能到机械势能的转变。这一过程可控性强，稳定性高，原料易得，成本低廉，具有较高的实际应用价值。

实现本发明目的的技术方案是：一种具有能量转化效应的形状记忆Janus材料的制备方法，其步骤如下：

A.工作平台的搭建：与水平面成一定角度倾斜固定电吹风机，在其出风口上沿固定镂空的不锈钢网框架，保证不锈钢网垂直于电吹风工作时的气流方向，并使镂空处正对出风口，出风口与镂空处在气流方向上成一定距离；

B.Janus纸片的制备：配置一定比例的聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰胺溶液，将定性滤纸裁剪成一定规格，在步骤A中工作平台镂空处用夹子固定清洁的定性滤纸纸片，保持电吹风持续工作，同时滴管汲取预制的聚合物溶液滴到纸片上表面，在重力作用下，聚合物溶液流延至覆盖整个上表面，待上表面聚合物完全固化后，停止电吹风工作，取下纸片，移至60℃干燥箱退火备用，至此完成疏水/超亲水Janus纸片的制备；

C.能量转化装置的设计与评估：将步骤B中制备的纸片的一边固定使之垂直悬挂，在下沿处坠挂一定质量的重物，对纸片亲水侧喷水，记录弯曲形变过程和最大形变状态。

进一步地，步骤A中，所述电吹风倾斜角度为30°。

进一步地，步骤A中，所述出风口与镂空处在气流方向上距离为3cm。

进一步地，步骤B中，所述聚偏氟乙烯/N,N-二甲基甲酰胺配制比例为1.5g 聚偏氟乙烯粉末溶于10ml N,N-二甲基甲酰胺。

进一步地，步骤B中，所述定性滤纸纸片裁剪规格为2cm×4cm。

进一步地，步骤C中，所述能量转化装置中坠挂重物质量为2.5g。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.工艺简单，原料易得，无毒环保，成本低廉。