[发明专利]仿猫掌多级网状组织的阻尼纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种仿猫掌多级网状组织的阻尼纳米复合材料及其制备方法，制备方法如下：将聚氨酯泡沫等离子体处理后浸入墨水中，得到复合泡沫主骨架；将复合泡沫主骨架进行氧气等离子体处理后浸入墨水中，然后冷冻干燥，得到碳材料复合泡沫；将羟基硅油和硼酸混合加热搅拌得聚硼硅氧烷软体聚合物，再用挥发性的稀释剂稀释，得到聚硼硅氧烷液体；用聚硼硅氧烷液体对碳材料复合泡沫进行自然冷流灌充，随后烘干使稀释剂挥发，得到仿猫掌组织的纳米复合材料。本发明的制备方法是从多级结构的视角出发，分步逐渐构筑大小网络与腔室结构，巧妙地实现了复杂生物结构仿生材料的制备。同时，本发明制备得到的复合材料表现为优异的隔振减震及抗冲击性能。

技术领域

本发明涉及一种仿猫掌多级网状组织的阻尼纳米复合材料及其制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

长期的自然进化，使得自然界的生物拥有很多优异的生物组织结构来应对特殊的应用功能。人类学习和模仿大自然的脚步也从未停止，仿生材料一直是材料研究领域的一个重点。猫，人称“九条命”、“不死猫”，是因为我们经常看到猫从高空坠落时总能安然无恙。这与猫有发达的平衡系统和完善的机体保护机制有关。当猫从空中下落时，不管开始姿势如何，即使四脚朝天，总能迅速地转过身来，最终四肢着地。这里的关键就在于猫脚趾上有一层厚实脂肪质肉垫，能大大减轻地面对猫体反冲的震动，有效地避免了各脏器的损伤。当我们进一步去观察猫掌生物组织时会发现，猫掌皮下脂肪被坚固的胶元纤维和弹性纤维构成的网状结构分为许多大叶，大叶又被纤维膜再分为许多个次小叶。脂肪组织在这种多级网状结构大小腔室的限位与协同作用下，其缓冲减震性能得到充分的体现。此外，纤维的含量与对应的具体承载方式有关，作用为支持，抵抗压力和磨擦的脂肪组织，如足掌及坐骨结节处等的脂肪垫，它所含的纤维成分更多。这就为仿生材料的微观结构的进一步调控提供了理论基础，以应对不用的具体应用场景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，并提供一种工艺可行、易于调控、且有望工业化生产的仿猫掌多级网状组织的阻尼纳米复合材料及其制备方法。本发明复合材料的制备方法是从多级结构的视角出发，分步逐渐构筑大小网络与腔室结构，巧妙地实现了复杂生物结构仿生材料的制备。本发明制备得到的复合材料表现为优异的隔振减震及抗冲击性能。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种仿猫掌多级网状组织的阻尼纳米复合材料及其制备方法，其具体如下：

S1：将聚氨酯泡沫进行氧气等离子体处理后，浸入含有氧化石墨烯、碳纳米管和CaCl₂的墨水中，使墨水完全浸入所述聚氨酯泡沫的孔道内，依次经过静置、离心和干燥后，完成一次浸涂步骤；重复若干次所述浸涂步骤后，得到表面附着氧化石墨烯和碳纳米管混合物层的复合泡沫主骨架；

S2：将所述复合泡沫主骨架进行氧气等离子体处理后，浸入含有氧化石墨烯、碳纳米管和CaCl₂的墨水中，使墨水完全浸入所述复合泡沫主骨架的孔道内，得到浸泡混合体系；将所述浸泡混合体系冷冻干燥后，得到具备网状骨架兼有次膜次腔体结构的碳材料复合泡沫；

S3：将羟基硅油和硼酸混合，在加热搅拌条件下，制备得到聚硼硅氧烷基体材料；所述羟基硅油的分子式为(C₂H₆OSi)_nC₂₆H₅₄O₅Si₂；

S4：用挥发性的稀释剂对所述聚硼硅氧烷基体材料进行稀释，得到具有流动性的聚硼硅氧烷液体；用所述聚硼硅氧烷液体对所述碳材料复合泡沫进行自然冷流灌充，随后烘干使稀释剂挥发，得到仿猫掌组织的纳米复合材料。

作为优选，所述S1中使墨水完全浸入所述聚氨酯泡沫的孔道内的方式为对所述聚氨酯泡沫和墨水的混合体系进行抽真空；所述S2中使墨水完全浸入所述复合泡沫主骨架的孔道内的方式为对所述复合泡沫主骨架和墨水的混合体系进行抽真空。