[发明专利]采用高分子点阵模板构筑超轻金属空心管点阵材料的方法

说明书

超轻点阵材料(密度ρ≤10mg/cm³)具有质量轻、力学强度高的特性，有良好的物理和化学性能，其吸声、吸热、减震等性能，在航空、航天、建筑等领域具有规模化应用前景，且由于结构的特殊性，在过滤和吸附方面也有实际应用前景。本发明涉及一种点阵金属材料的制备方法，所述方法包括三个步骤：(1)采用高分子聚合物材料，利用快速成型技术制备所设计结构的三维点阵模板；(2)在立体点阵模板表面沉积金属薄膜；(3)将沉积金属薄膜的点阵模板打磨处理后，放置于适当溶液或者加热处理去除模板，得到空心管超轻点阵材料。采用本发明制得的超轻点阵材料，具有低密度、可回复性、优越的缓冲性等性能，有望为轻质工程材料提供更多实际应用的可能。

技术领域

本发明属于轻质功能材料技术领域，具体涉及采用高分子聚合物模板的空心管点阵材料及其制备方法，提供了一种低密度、可回复性、孔隙率高的新型三维点阵材料的制备技术。

背景技术

社会的发展是以材料的进步为基础，随着社会的进步，对于新型材料的需求也愈发强烈。超轻材料具有低密度，优异的比强度和比刚度，隔热保温，降噪和缓冲等性能，因为这些独特的物理化学性能在实际应用中引起越来越多的关注，被誉为结构-功能一体化材料。

材料之所以密度低，是因为其内部的孔隙结构，一般孔隙率约为30％-99％。多孔材料以孔径大小区分用途，毫米微米级孔径侧重于材料的功能性，毫米级孔径侧重轻量化生产，隔热降噪等性能。超轻材料虽然具有如此之多优异的性能，但由于制作过程的局限，发泡技术本身就具有任意性，必然存在微观缺陷，无法实现完全的均匀性，这在一定程度上限制了超轻多孔材料的应用。

3D打印技术，又叫增材制造技术，利用三维软件(Solideworks、UG、Pro/E等)对目标结构进行设计，再配以合适的原材料和设备，快速准确的打印出成品，从而实现自由制造。但是由于技术发展水平的限制，现有的增材制造技术在合金材料方面很难实现纳米毫米级的精细打印。

点阵材料是由结点和结点间连接杆件单元组成的周期性结构材料。它的特点在于细观构型均为三维网架体系,网架中的空隙没有用来承载的填充物。采用这种设计不仅节省了大量的质量,还提高了比刚度和比强度,在同等重量下点阵材料比无序微结构金属泡沫具有更好的力学性能，网架之间的空隙能够执行储油、配置电池等功能化要求:材料的多孔特点满足了进行对流换热的要求，网架独特的伸展性能使得其促动、制动和阻尼振动的研究大有发展空间。

发明内容

为此将新兴的3D打印技术与成熟的薄膜沉积技术结合，制作出有序的、均匀的周期性超轻点阵材料显得尤为必要。化学镀是在实际生产中应用的表面沉积技术，膜层附着性好，表面致密，镀层分布均匀，且膜层厚度通过沉积时间可控，沉积速率快，重复性好，可以实现纳米厚度的沉积。但以往化学镀表面沉积技术发展的着重点在耐磨性及硬度的提高，鲜有研究关注弹性。金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)具有制备大面积均匀薄膜，按设定比例控制材料成分，灵活的气源控制，反应气体压力可调，热解沉积材料纯度高，沉积速率快等优点而在纳米材料，薄膜制备和表面改性等方面有着广泛的应用。原子层沉积是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。原子层沉积具有非常良好的发展前景，已经由平面沉积发展到三维沉积。

本发明通过调整化学镀液配方，得到了弹性的镀层，