[发明专利]表面波时频调控的局域化异质形复合材料制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种表面波时频调控的局域化异质形复合材料制备装置及方法。将功能微粒、光敏液体与光引发剂混合均匀，步向一对变频率声表面波换能器输入频率、持续时间、间断时间且有时间差的周期性时频调控正弦信号，一对变频率声表面波换能器被激励出对应的声表面驻波，耦合入液槽内部后在光敏液体内形成局域化声场，光敏液体内功能微粒受到局域化声场的声辐射力作用，形成稳定的阵列状分布；打开紫外光源固化完成制造。本发明在液槽内部实现局域化的声场分布，实现对应局域化异质形复合材料的制备，解决了声表面波辅助异质性复合材料制备区域选择性差的问题。

技术领域

本发明涉及快速制备技术，尤其涉及一种基于表面波时频调控的局域化异质性智能复合材料制备装置及方法。

背景技术

智能复合材料构件是一种集感知、控制和执行功能于一身的新型材料系统，构件中的功能微粒能够感知如热、光、电、磁和应力等外部因素变化，根据变化信息使材料产生期望的响应，最终控制构件实现动态调整。智能复合材料构件的组成可以分为基体材料和功能介质两部分，基体材料决定了构件的几何形貌，并起承受外部载荷的作用；功能介质通常是具有特定理化性质的单质或化合物，如介电、压电、光敏、催化和吸附材料等，在智能复合材料构件中承担感知与执行的功能。影响智能复合材料构件感知与执行的因素除几何形貌和功能介质的自身性质外，还有一个关键因素就是功能介质在内部的空间分布特征，其具体可分为均质型和异质型。均质型智能复合材料构件中功能介质的分布是均匀的，因此构件任意部位在同一外部因素变化下具有相同的响应。而异质型智能复合材料构件中的功能介质分布是具有特定朝向或排列规律的，此时构件在空间上具有各向异性，进而极大拓展了智能复合材料构件的功能与应用潜力。

针对异质型智能复合材料构件的制造，目前较为常用的方法是将磁场或电场辅助排布与光固化三维打印结合，然而，电/磁场辅助排布要求功能介质自身具有电磁特性，而对于陶瓷、高分子聚合物与生物细胞等其它功能介质，上述排布方法就无能为力了，因此适用范围有限。声表面波辅助微粒排布是一种非接触式操纵技术，可实现流体中物质微粒的排布与移动，并且对物质形状及物理性质没有特定要求。近年来，声表面波辅助微粒排布技术在细胞、大分子蛋白排布和生物微流控芯片研究领域受到了国内外学者的广泛关注和研究。因此，也有学者提出使用声场辅助排布光敏液体中的功能微粒后，通过光固化来进行异质性智能复合材料的制造方法。然而，受表面波在铌酸锂晶片上分布的限制，其制造结果中，功能微粒的排布往往仅为单一的阵列状，其排布范围及位置的选择性则需通过波导结构或改变声边界来实现，操作复杂而且动态调控能力差。综上所述，现有技术中缺乏一种仅通过调控输入信号来实现不同区域位置选择性的局域化异质性智能复合材料制备装置及方法。

发明内容

为解决声表面波辅助异质性复合材料制备区域选择性差的问题，本发明专利提出了基于表面波视频调控的局域化异质性复合材料制备装置及方法。

本发明所采用的技术方案是包括：

一、一种表面波时频调控的局域化异质形复合材料制备装置：

一对变频率声表面波换能器分布于铌酸锂晶片两侧的表面上，液槽放置于一对变频率声表面波换能器之间的铌酸锂晶片中部的表面上，液槽内装有光敏液体、功能微粒与光引发剂的混合物，紫外光源放置于铌酸锂晶片正下方。

一对变频率声表面波换能器为叉指换能器，其指宽延指长方向连续变化，且指长方向为直线或圆弧，分别构成斜指换能器与弧指换能器。

一对变频率声表面波换能器受正弦信号激励后，在铌酸锂晶片表面并平行于指长方向产生的不同频率的声表面波，在一对变频率声表面波换能器之间的铌酸锂晶片中部区域叠加形成声表面驻波，液槽位于声表面驻波所形成区域的上方。

所述的紫外光源发射的紫外光穿过透明的铌酸锂晶片照射进入液槽内，对液槽内部的光敏液体进行光固化。

所述的功能微粒包括但不仅限于金属粉末、有机物颗粒、细胞。所述的光敏液体与光引发剂分别具体为小分子量的PEGDA溶液与2959光引发剂。