[发明专利]一种适用于3D打印的二维纳米高分子复合丝材的制备方法

说明书

一种适用于3D打印的二维纳米高分子复合丝材的制备方法，它涉及3D打印丝材的制备领域，本发明的目的是为了解决目前没有一种适用于3D打印的二维纳米高分子复合材料的制备方法的问题。本发明通过离心浇筑法和反复交替喷洒二维纳米材料及高分子溶液方式制备出高致密度、高度定向排列、厚度可控的多层叠层结构的二维纳米高分子复合薄膜；然后利用刀片采用简单机械加工方式将制备的二维纳米高分子复合薄膜切割成适用于3D打印的丝材，最终得到一种具有优异性能且适用于3D打印的二维纳米高分子复合丝材。本发明具有操作方便、经济性好、丝材厚度可控、生产效率高、且高度定向和高致密性等优势。本发明应用于材料制备领域。

技术领域

本发明涉及3D打印丝材的制备领域，具体涉及一种适用于3D打印的二维纳米高分子复合丝材及其制备方法。

背景技术

二维纳米材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，使得这种材料表现出许多奇特的性质，其带隙可调的特性在场效应管、光电器件、热电器件等领域应用广泛，其自旋自由度和谷自由度的可控性在自旋电子学和谷电子学领域具有广泛应用前景。然而，二维纳米材料具有较强的各项异性，导致其面内物理性质(导电性、导热性和力学性质等)远高于垂直面内方向的物理性质，导致该材料性能不稳定。

申请人采用离心力将含有二维材料的溶液均匀涂覆在模具内表面，在离心旋转的过程中，一方面利用液层间的相对运动形成的剪切力，促使二维材料在溶液中沿圆周方向层层定向规则排列，另一方面利用离心力促使二维材料致密堆积，成功高效率制备出高度定向、高致密的二维材料薄膜(CN 109177010A)，并通过转印方式以实现图形化。然而，该方法存在对基底表面状态要求高、转印效率低以及需要专业转印设备等问题。

3D打印属于快速成型的增材技术，它是一种以数字模型文件为基础，通过对材料逐层打印来制备三维块体的技术，被认为是改变实验室及工业生产方式的核心技术之一。然而，采用离心浇筑法制备的二维材料薄膜缺乏粘结剂，无法适用于3D打印，极大程度上限制了二维纳米材料薄膜的使用。基于此，为了提高二维纳米材料薄膜使用效果，目前函需开发一种适用于3D打印的二维纳米高分子复合材料及其制备方法，从而改善二维材料薄膜的使用效果以及拓宽其应用领域。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前没有一种适用于3D打印的二维纳米高分子复合材料的制备方法的问题，而提供一种适用于3D打印的二维纳米高分子复合丝材的制备方法。

本发明通过离心浇筑法和反复交替喷洒二维纳米材料及高分子溶液的方式制备出高致密度、高度定向排列、厚度可控的多层叠层结构的二维纳米高分子复合薄膜；然后利用设置在圆柱形模具开口处刀片以简单机械加工方式将制备的二维纳米高分子复合薄膜切割成均匀、定向、致密、适用于3D打印的丝材。

本发明的一种适用于3D打印的二维纳米高分子复合丝材的制备方法，它是按照以下步骤进行的：

一、二维纳米高分子复合材料薄膜制备：

1)获取圆周旋转模具：所述的模具为圆柱形离心管，圆柱形离心管内的砂芯滤层和纳滤膜随圆柱形离心管沿圆周方向旋转，圆柱形离心管内层分别附一层砂芯滤层和纳滤膜；

2)溶液交替往复喷洒：将二维纳米材料溶液均匀喷洒在上一步圆周旋转模具内表面，得到二维纳米薄膜；再在定向排布的二维纳米薄膜上喷洒一层高分子材料，在二维纳米薄膜上形成一层定向排布的高分子薄膜；反复交替往复喷洒二维纳米材料和高分子材料，得到多层叠层结构的二维纳米高分子复合薄膜；

3)二维纳米高分子复合薄膜蒸干：继续圆周旋转步骤2)的模具，采用辅助加热方式，蒸发步骤2)多层叠层结构的二维纳米高分子复合薄膜中的溶剂；

二、3D打印丝材切割：