[发明专利]一种用于控制气泡的响应性材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于控制气泡的响应性材料及其制备方法。该制备方法包括：将聚二甲基硅氧烷预聚体、聚合固化剂和有机溶剂混合，得到预聚液；采用预聚液覆盖模板剂颗粒，在60℃‑100℃下干燥固化3h‑12h，得到预固体；将预固体浸入水中，得到贯通多孔的弹性聚二甲基硅氧烷薄膜；向贯通多孔的弹性聚二甲基硅氧烷薄膜中注入低表面能液体，得到响应性材料。该响应性材料可以用于控制气泡的动力学行为和形态演变。本发明的响应性材料可以在水下长期稳定存在，并且可以对水下气泡的动力学行为和形态演变进行调控。

技术领域

本发明涉及一种对气泡的动力学行为和形态演化进行精准调控的方法，属于材料技术领域。

背景技术

气泡是非溶性气体在液相中的主要存在形态，在自然界和人类生活生产中有着广泛的应用，因此关于气泡的研究也引起了人们的极大关注。在工业生产过程中，许多气液反应的效率受液相中气泡的动力学行为和形态演化的影响，如曝气降解、热量交换和气液质量传输等。气泡动力学行为和形态演化的控制对气液界面的研究和高性能反应器的开发具有重大意义。

气泡的动力学行为和形态演变与材料表面的浸润性密切相关。最近，江雷等人使用超疏水表面对水中气泡分离(公开号CN104761017A)；曹墨源等人利用超润滑界面对水下气泡捕获，并将该界面用于可燃冰的采运(公布号CN107313752 A)。目前，用于气泡相关的材料，大多只具有单一润湿性，并不能针对实时的需求做出相应的改变，不能满足实际需求。

因此，如何制备一种可以操纵气泡动力学行为和形态演化的智能响应性的材料成为现今的研究热点和难点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种在水下稳定存在且可以控制气泡的动力学行为和形态演化的响应性材料。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种响应性材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

将聚二甲基硅氧烷预聚体、聚合固化剂和有机溶剂混合，得到预聚液；其中，聚二甲基硅氧烷预聚体、聚合固化剂和有机溶剂的质量比为10：1：15；

采用预聚液覆盖模板剂颗粒，在60℃-100℃下干燥固化3h-12h，得到预固体；其中，预聚液与模板剂颗粒的质量比为1：1-5：1；

将预固体浸入水中，得到贯通多孔的弹性聚二甲基硅氧烷薄膜；

向贯通多孔的弹性聚二甲基硅氧烷薄膜中注入低表面能液体，得到响应性材料。

为了实现上述技术目的，本发明还提供了一种通过上述制备方法得到的响应性材料，该响应性材料可以用于控制气泡的动力学行为和形态演变。

本发明又提供了一种控制气泡动力学行为和形态演变的方法，该方法是通过本发明的响应材料实现的，具体是通过本发明的响应性材料发生形变实现的。

本发明的响应性材料可以在水下长期稳定存在，并且可以对水下气泡的动力学行为和形态演变进行调控，在控制气液反应领域具有巨大的应用前景。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式中通过拉伸调控多孔聚二甲基硅氧烷薄膜表面气泡接触角的示意图。

图2a为本发明一具体实施方式中的多孔聚二甲基硅氧烷薄膜的扫描电子显微图片。

图2b为本发明一具体实施方式中的多孔聚二甲基硅氧烷薄膜在空气中水的接触角。

图2c为本发明一具体实施方式中的多孔聚二甲基硅氧烷薄膜在水中气泡的接触角。

图3为本发明一具体实施方式中的响应性材料的应变-气泡接触角的曲线图。

图4为本发明一具体实施方式中的气泡在响应性材料表面移动的光学图片。