[发明专利]具有自修复性能的金纳米棒与聚合物杂化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机/无机杂化纳米材料领域，特别是涉及一种具有自修复性能的金纳米棒与聚合物杂化材料的制备方法。

背景技术

使用过程中，由于受到外界热能、机械作用和化学等因素的影响，高分子材料的内部会产生微裂隙甚至裂纹，从而影响其正常的力学性能和使用寿命。微裂隙作为毁坏材料性能的导火线，其在材料内部的延展扩张最终将会导致材料的宏观开裂，因此，如何修复复合材料的内部损伤成为了科学工作者的研究热点。对于材料表面肉眼可见的宏观裂纹或者分层，可以通过适当的手工操作进行修复，但是一旦材料内部出现了微裂隙，就很难去锁定受损区并及时修复。复合材料内部的微裂隙倘若不予修复，不仅将会影响材料的使用寿命，而且会愈演愈烈，最终扩展成为宏观裂纹，使得材料失去正常功能，造成经济损失。因此，研究复合材料的自修复性能对于结构复合材料以及新兴高科技领域都有着极其重要的意义。

在现代自修复材料的研究领域，主流依旧是利用贻贝启发出的金属螯合的邻苯二酚功能化高分子网络。B.Kollbe小组(B.Kollbe Ahn,DongWoog Lee,et al.Surface-initiated self-healing of polymers in aqueous media,NATURE MATERIALS,DOI:10.1038/NMAT4037)在不含金属的水中利用邻苯二酚表面功能化的聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯进行自修复，他们发现这些材料可以首先通过邻苯二酚的作用下通过界面氢键相连接，随后再利用后续的分子间作用力进行修复的巩固从而最终达到自修复的效果。B.Wang小组(B.Wang,Y.S.Jeon,et al.Mussel-mimetic self-healing polyaspartamide derivative gel via boron-catechol interactions,eXPRESS Polymer Letters,Vol.9,No.9(2015)799–808)利用一种盐酸多巴胺与乙醇胺的聚合物与硼酸反应形成一种硼与邻苯二酚配位产生的交联凝胶，这种凝胶存在着由pH诱发引导的配位机制，在特定条件下可以通过对pH的控制从而达到可逆的凝胶化作用以完成自修复过程。

近年来，纳米金以其特殊的尺寸效应、表面效应迅速成为了国际上的热点，而且金纳米棒最引人关注的性质就是局域表面等离子共振效应(LSPR)。这是由于金纳米棒外层有高度活跃的电子，当光线入射到粒径远小于其激发波长的金纳米棒上时，产生的等离子体波被限定在纳米金的结构周围，若入射光的频率与电子的振动频率相当时，金纳米棒会对入射光产生强烈的LSPR吸收，这种能量的吸收会使金纳米棒表面的温度上升至几百摄氏度甚至上千摄氏度，这样就可以利用光照引起聚合物的熔融，因此我们设想将纳米金这种特殊的性质应用到自修复领域中去。在我们之前已经存在课题组在自修复材料中应用纳米金，比如在2010年，Chan小组(Chan Woo Park,Antoinette B.South,et al.Gold nanoparticles reinforce self-healing microgel multilayers Colloid,Polym Sci,(2011)289:583–590)通过向水凝胶/聚电解质多层薄膜中掺杂柠檬酸盐稳定的金纳米粒子以提供薄膜在干燥状态下的抗应力损伤能力，虽说这种方法并没有利用纳米金的LSPR效应，自修复还是依赖水凝胶，但是这种形式的研究发现了纳米金并不会干扰水凝胶的自修复过程，而且还通过掺杂改性加强了薄膜的韧性。中国专利CN103113745A公开具有界面自修复性能的碳纤维/金纳米粒子/聚醚砜复合材料的制备及自修复方法，先用电脉沉积法制备出碳纤维/金纳米粒子纤维，再与聚醚砜粒料压制成型，形成具有界面自修复性能的碳纤维/金纳米粒子/聚醚砜复合材料，这种方法主要应用于界面修复，解决传统的碳纤维复合材料易产生裂纹从而降低材料寿命的难题。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有自修复性能的金纳米棒与聚合物杂化材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)先制备单分散性的金纳米棒，用乙醇离心洗涤，去除金纳米棒生长过程中多余的CTAB，再用含氨基配体的乙醇溶液离心洗涤，将金纳米棒表面附着的CTAB用氨基配体进行替换，最后用乙醇离心洗涤，去除多余的氨基配体，用乙醇对得到的金纳米棒分散处理，得到单分散性的金纳米棒乙醇溶液；