[发明专利]一种液态金属相变微胶囊及其制备方法

权利要求书

1.一种液态金属相变微胶囊，其特征在于，所述微胶囊为采用溶胶-凝胶法，以液态金属为芯材、非金属氧化物为壁材制备的所得结构，包括：相变核以及包围相变核设置的外壳，所述相变核为液态金属核芯，所述外壳为非金属氧化物层；所述液态金属为铋铟锡合金、铋铟合金或镓铟锡合金；所述非金属氧化物为二氧化硅或二氧化钛。

2.根据权利要求1所述的液态金属相变微胶囊，其特征在于，所述相变核和外壳之间还可设置PVP非金属层，其中，PVP非金属层包围液态金属核芯设置，非金属氧化物层包围PVP非金属层设置。

3.一种如权利要求1-2任意一项权利要求所述的液态金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将溶剂、表面活性剂、表面改性剂、液态金属合金/液态金属微球均匀混合得到芯材溶液；

S2、选取含高化学活性组分的化合物为前驱体，将前驱体与溶剂均匀混合得到壁材预聚体溶液，为二氧化硅溶液或二氧化钛溶液；

S3、将壁材预聚体溶液逐滴加入到芯材溶液中，进行微胶囊的合成，经水解、缩合化学反应后，在溶液中形成透明的溶胶体系，然之后溶胶经过陈化，胶粒间进一步聚合形成三维空间网络结构的凝胶，最后将凝胶经过离心、清洗、干燥制备出微纳米级别结构的液态金属相变微胶囊。

4.根据权利要求3所述的液态金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤如下：

S11、将液态金属合金/液态金属微球与溶剂混合，搅拌后得到液态金属混合溶液；其中，液态金属合金与溶剂混合后使用均质机进行均质，液态金属微球为由喷射制备成的合金小球；

S12、在步骤S11得到的液态金属混合溶液中加入表面活性剂溶液，混合后将其置于磁力搅拌器中以300rpm持续搅拌20min，之后再将其置于超声波振荡器中超声分散20min，得到芯材溶液。

5.根据权利要求4所述的液态金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤S12中，还可在得到的芯材溶液中加入一定量的PVP，再进行超声处理，PVP可使液态金属合金/液态金属微球表面形成一层薄的PVP外衣，形成胶体悬浮液，得到为液态金属芯材溶液。

6.根据权利要求4或5所述的液态金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤S11中，所述溶剂为乙二醇、去离子水或乙醇；

所述步骤S12中，所述表面活性剂溶液为离子型表面活性剂溶液或者非离子型表面活性剂溶液，所述离子型表面活性剂为十二烷基硫酸钠溶液，非离子型表面活性剂为聚乙烯醇溶液或聚乙烯吡咯烷酮；所述表面活性剂的质量百分浓度为2％-7％；

所述表面改性剂溶液为3-氨丙基三甲氧基硅烷溶液或聚二烯二甲基氯化铵溶液。

7.根据权利要求3所述的液态金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤如下：

将少量的含高化学活性组分的化合物加入一定量的第一种溶剂中，再加入一定量的第二种溶剂进行混合，之后在混合溶液中加入质量分数为25％的氨水或冰醋酸与盐酸，调节混合溶液的PH值至9～10或5，以一定的速度磁力搅拌30min，得到外观透明的二氧化硅溶液或二氧化钛溶液。

8.根据权利要求7所述的液态金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述含高化学活性组分的化合物为正硅酸四乙酯或钛酸四丁酯；所述第一种溶剂与所述第二种溶剂不同；所述第一种溶剂为乙醇，所述第二种溶剂为去离子水。

9.根据权利要求3所述的液态金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述微胶囊的合成过程为：将制得的二氧化硅溶液或二氧化钛溶液通过蠕动泵以0.1ml/s的速度逐滴加入到芯材溶液中，过程中保持恒温40～50℃，并配以一定转速的磁力搅拌，进行溶胶-凝胶反应，反应时间设为4h。

10.根据权利要求3或9所述的液态金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述水解反应为正硅酸四乙酯进行反应后形成单硅酸和醇或钛酸四丁酯进行反应后形成钛离子溶胶；化学反应式为：

(C₂H₅O)₃Si-OC₂H₅+H₂O→(C₂H₅O)₃Si-OH+C₂H₅OH；

或

Ti(OH)₄+Ti(O-C₄H₉)₄+4H₂O→Ti(OH)₄+4C₄H₉OH；

所述缩合反应为水解反应生成的硅酸之间或者硅酸与正硅酸之间发生缩合，分为失水缩聚和失醇缩聚，生成聚合度较高的硅酸、水和醇；或钛离子与其他离子相互作用形成复杂网状基团；化学反应式为：

(C₂H₅O)₃Si-OH+HO-Si(OC₂H₅)₃→(C₂H₅O)₃Si-O-Si(OC₂H₅O)₃+H₂O；

(C₂H₅O)₃Si-OC₂H₅+HO-Si(OC₂H₅)₃→(C₅H₅O)₃Si-O-Si(OC₂H₅O)₃+C₂H₅OH；

或

Ti(OH)₄+Ti(O-C₄H₉)₄→2TiO₂+4C₄H₉OH；

Ti(OH)₄+Ti(OH)₄→2TiO₂+4H₂O；

所述陈化过程为将反应后的混合溶液保持40～50℃静止8～12小时；

所述离心过程为用高速离心机以12000rpm离心5min；

所述清洗过程为将离心管下层所得黑灰色物用无水乙醇清洗三次，之后用去离子水反复淋洗三次；

所述干燥过程为用干燥箱在40～50℃下干燥12小时以上。