[发明专利]3D打印芳纶气凝胶、其制备方法及应用

权利要求书

1.一种3D打印芳纶气凝胶的制备方法，其特征在于包括：

将芳纶纳米纤维、溶剂均匀混合形成芳纶纳米纤维分散液，所述芳纶纳米纤维的直径为1 nm~1 μm，长度为10 nm~900 μm，所述溶剂为二甲亚砜，所述芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.01~5 wt%；所述芳纶纳米纤维分散液的平台储能模量为1~100 MPa，平台损耗模量为1~100 MPa，屈服应力为0.1~1000 Pa，在剪切速率为1 s^-1，25 ℃下的表观粘度为0.01~1000Pa^.s；

通过冷冻-直写成型法，以所述芳纶纳米纤维分散液作为3D打印墨水，将所述3D打印墨水于-70~-10℃进行3D打印，获得3D打印芳纶冻凝胶，所述3D打印所采用针头的内径为10 μm～5 mm；

以置换溶剂对所述3D打印芳纶冻凝胶在-50℃~30℃下进行溶剂置换，得到3D打印芳纶水凝胶；所述置换溶剂选自水、乙醇、丙酮、叔丁醇和氮甲基吡咯烷酮中的任意一种或两种以上的组合；

对所述3D打印芳纶水凝胶进行干燥处理，获得3D打印芳纶气凝胶；

所述3D打印芳纶气凝胶具有分级多孔芳纶纳米纤维网络结构，所述分级多孔芳纶纳米纤维网络结构由孔径在2 nm以下的微孔、孔径为2~50nm的介孔和孔径为50nm~10c m的宏孔组成，所述3D打印芳纶气凝胶的孔隙率为1～99.99%，比表面积为1～2000 m²/g，孔容为0.1～10 cm³/g。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述3D打印墨水还包含辅助成分，所述辅助成分选自水、乙醇、丙酮、正己烷、氮甲基吡咯烷酮、氢氧化钾和叔丁醇甲中的任意一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印所采用针头的内径为50 μm～1500 μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印芳纶冻凝胶的图案选自柴堆形、蜂窝形、波浪形、米字形、雪花形中的任意一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂置换的温度为-30℃~18℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述干燥处理选自冷冻干燥和/或超临界二氧化碳干燥。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述冷冻干燥的冷阱温度为-100~25℃，时间为10 min~72 h。

8.一种3D打印芳纶气凝胶的改性方法，其特征在于包括：

利用权利要求1-7中任一项所述方法制备3D打印芳纶气凝胶；

将所述3D打印芳纶气凝胶直接浸渍于疏水涂层溶液中5s～1h，在所述3D打印芳纶气凝胶框架表面包覆形成疏水涂层，从而获得疏水3D打印芳纶气凝胶材料，所述疏水涂层溶液中疏水性物质的含量为0.01～20 wt%，所述疏水性物质选自氟碳树脂、氟碳改性树脂、有机硅树脂、有机硅改性树脂和纤维素中的任意一种或两种以上的组合；

或者，将所述3D打印芳纶气凝胶直接浸渍于染料溶液中1～24h，取出后进行超临界二氧化碳干燥或者冷冻干燥，获得光致变色3D打印芳纶气凝胶材料，所述染料溶液的浓度为0.01～99 wt%；

或者，将3D打印芳纶气凝胶浸置于熔融态相变材料中1~24h，或者，将3D打印芳纶气凝胶浸置于相变材料溶液中1~24h，取出后进行冷冻干燥或者常压干燥，获得温度响应3D打印芳纶气凝胶材料；所述相变材料溶液的浓度为0.01~99 wt%；所述温度响应3D打印芳纶气凝胶材料中相变材料的含量为1~99 %。

9.根据权利要求8所述的改性方法，其特征在于：所述疏水涂层为致密、连续的膜层，且均匀包覆于所述3D打印芳纶气凝胶框架表面。