[发明专利]一种纯金属气凝胶及柔性复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种纯金属气凝胶及柔性复合材料的制备方法，所述纯金属气凝胶的制备方法包括以下步骤：将活性材料基体加入到溶剂中混合，得到三维生长活性剂；将所需的金属前驱体、表面活性剂融入溶剂中，再加入三维生长活性剂，混合均匀，并放入密闭的反应模具中进行反应；对模具进行加热，得到与模具形状相同的内部含有溶剂的金属凝胶组织，将其取出，清洗去除残余溶剂、游离纳米线单体和活性剂，再进行干燥，最终得到具有三维立体结构的纯金属气凝胶。采用本发明的技术方案，通过控制纳米线的生长路径，实现了纳米线材料的三维生长和自发交联，获得了具有高比表面积、低密度、高导电率的纯金属气凝胶，制备工艺简单，容易控制。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种纯金属气凝胶及柔性复合材料的制备方法。

背景技术

随着柔性电子技术的飞速发展，新一代可穿戴电子器件对柔性材料特别是柔性应变传感材料的要求不断提高，往往需要同时具有优异的力学、导电、感知性能以及生物相容性和稳定性。目前，传统的柔性传感材料主要包括导电聚合物、金属掺杂聚合物基复合材料和二维柔性导电薄膜等。其中，导电聚合物的导电性较好，但稳定性和应变感知性能不足；金属掺杂聚合物基复合材料的力学性能和稳定性最佳，其柔性、导电性能和生物相容性较差；而通过涂覆纳米导电颗粒、线等制备的二维柔性导电薄膜虽然具有优异的导电性和稳定性，但由于纳米材料制备成本较高，且无法在保持柔性的同时交联为高灵敏的三维整体结构，因此也未能得到广泛的应用。为解决上述问题，本发明在传统纳米金属线的基础上研发了一种“一步式生长三维纳米网络凝胶结构”的方法，从而实现了高柔性、高导电、高灵敏度的柔性复合材料的低成本、大规模制造，在柔性电子器件与系统领域表现出了巨大的应用前景。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种纯金属气凝胶及柔性复合材料的制备方法，可以获得兼备高柔性、高导电、高灵敏度的柔性复合材料，解决现有柔性材料导电性能差、柔性变形能力有限的问题。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种纯金属气凝胶的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤S1，将活性材料基体加入到溶剂中混合，得到三维生长活性剂；

步骤S2，将所需的金属前驱体、表面活性剂融入溶剂中，再加入步骤S1所得的三维生长活性剂，混合均匀，并放入密闭的反应模具中，进行化学还原反应；

步骤S3，对步骤S2的反应模具进行加热，持续反应得到与模具形状相同的内部含有溶剂的金属凝胶组织；

步骤S4，将步骤S3得到的金属凝胶组织取出，清洗去除残余溶剂、游离纳米线单体和活性剂，再进行干燥，最终得到具有三维立体结构的纯金属气凝胶。

采用此技术方案，通过该三维生长活性剂可以调整纳米线的生长模式，形成具有三维交联结构的纳米银线网络，其为制备纯金属气凝胶的必要条件。其中，活性材料基体可以溶解到溶剂中或形成悬浊液。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述活性材料基体为木质素、纤维素、氨基酸、石蜡等材料及前述材料的分解产物中的一种或几种的混合物。

作为本发明的进一步改进，所述三维生长活性剂中的溶剂与步骤S2中反应所用溶剂相同，这样不影响纳米线的生长。

作为本发明的进一步改进，所述三维生长活性剂中溶剂的质量比不小于70%。采用此技术方案，能有效避免活性物质的团聚以及气凝胶生长过程中纳米线团聚体和孔洞的形成。

作为本发明的进一步改进，所述溶剂为丙酮、乙醇或多元醇等有机溶剂。

进一步的，步骤S1中，所述混合的方式为采用加热、搅拌、球磨等方式进行混合。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，将活性材料基体进行清洗和活化后再加入到溶剂中进行溶解。所述溶解为借助加热、搅拌、球磨等进行的溶解或分散。