[发明专利]一种具有紫外稳定超疏水和快速响应变色性的仿三明治结构膜的制备方法

说明书

本发明提供一种具有紫外稳定超疏水和快速响应变色性的仿三明治结构膜的制备方法，包括纤维素纳米晶(CNC)的制备，三氧化钨(TT)的制备和超疏水仿生夹心膜(PDMS@CTK)的制备方法。传统的光致变色材料由于较长的响应时间和复杂的制备工艺限制了其在日常生活中的应用。受三明治结构启发，本发明制备了PDMS@CTK，具有良好的导电性、稳定的超疏水性和快速响应且可逆的光致变色性。PDMS@CTK表面水滴接触角大小为154±1.5°，滚动角大小为3.8±0.5°；紫外光连续辐照260h以上仍然保持稳定的超疏水性。除此之外，PDMS@CTK在紫外光照射时会在1min左右快速转变为钨灰色(RGB配色值：114,120,116)，加热10min会从钨灰色恢复为原色(RGB配色值：171,169,148)，极大地提高了光致变色的响应速率。

技术领域

本发明属于智能超润湿表界面材料制备技术领域，特别涉及纤维素纳米晶的制备，三氧化钨的制备和超疏水仿生夹心膜的制备方法，所制备的PDMS@CTK具有优良的导电性，稳定的超疏水性和高度可逆的光致变色性。

背景技术

近年来，基于生物高分子和金属氧化物纳米粒子的杂化有机-无机纳米材料的发展引起了人们的广泛关注。滤纸中包含的纤维素是一种纳米级生物高分子，具有优异的物理性能和非凡的生物性能，因此通常被作为填充材料应用于复合材料领域。

三氧化钨作为一种常见的无机纳米粉末，主要用来制备硬质合金，钨灯丝，着色剂和防火材料。它是具有较窄的带隙的间接n型半导体，其颜色可以在外界刺激下发生明显改变，例如光刺激，电刺激和环境气氛等。但是，传统的光致变色材料发生变色和恢复原色需要较长的时间周期，这大大限制了其在光致变色领域的应用。受三明治结构启发，本发明用纤维素纳米晶结合三氧化钨和科琴黑制备了新型超疏水仿生夹心膜PDMS@CTK，具有导电，超疏水和快速响应的光致变色性。PDMS@CTK的超疏水性在经受260h以上紫外照射后仍然保持稳定，具有的光致变色性响应速率也获得了大范围提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有紫外稳定超疏水和快速响应变色性的仿三明治结构膜的制备方法，解决传统限制光致变色速率的问题并同时赋予超润湿表界面材料多功能性。本发明受生活启示制备的超疏水仿生夹心膜具有超润湿性、导电性和光致变色性。

实现本发明目的的技术方案是：

一种具有紫外稳定超疏水和快速响应变色性的仿三明治结构膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.纤维素纳米晶CNC的制备：

(1)取一定质量的硫酸铜溶解于50ml水，然后滴加一定浓度的氢氧化钠溶液，得到蓝色沉淀，通过水洗至中性；

(2)接着加入一定体积的25wt％的氨水溶液，得到深蓝色的铜氨溶液；

(3)取三张滤纸加入(2)中铜氨溶液后再加入一定体积一定浓度的稀硫酸，控制温度50℃，搅拌1h；最后，加入200ml去离子水快速冷却至室温，经过离心，洗涤干燥得到CNC；

B.三氧化钨TT的制备：

(1)将一定浓度的氯化钙溶液和柠檬酸溶液均匀混合后加入去离子水，磁力搅拌5min；

(2)将一定浓度的钨酸钠溶液滴加到上述混合液中磁力搅拌10min；接着滴加25wt％的氨水调节pH值到11，洗涤收集白色沉淀；

(3)最后将一定质量白色沉淀浸泡在一定体积王水，待其变为黄色后，洗涤收集烘干即为TT；

C.超疏水仿生夹心膜PDMS@CTK的制备：

(1)室温下，在一定质量三氧化钨和CNC中加入30ml去离子水，一起磁力搅拌20min；然后，加入两种化学试剂以提高塑性和光致变色响应速率；接着，控制温度为50℃，磁力搅拌1h；最后，经真空抽滤，压片和干燥后得到变色复合膜CNC@TT；