本發(fā)明涉及異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法、異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料及熱量感知及收集器件。

背景技術(shù)：

1、滑移表面是一種具有特殊功能的材料表面，已在防冰、防污、微流體輸運(yùn)等方面廣泛應(yīng)用。目前制備滑移表面的方法局限于刻蝕法、表面接枝法等，但通常具有較高成本，需要復(fù)雜的操作，且處理整個(gè)表面，無(wú)法實(shí)現(xiàn)圖案化的應(yīng)用，本發(fā)明通過(guò)采用聚二甲基硅氧烷(pdms)作為制備滑移表面的墨水，使用直寫印刷的方式在聚四氟乙烯微孔濾膜(ptfe)表面制備滑移表面。通過(guò)控制印刷參數(shù)、固化條件等，降低潤(rùn)濕脊對(duì)柔性表面的影響，制備得到滑移性能良好的滑移表面。并通過(guò)強(qiáng)酸腐蝕及高溫實(shí)驗(yàn)，證明本方法制備的滑移表面具有穩(wěn)定性、可重復(fù)使用的優(yōu)勢(shì)。直寫印刷滑移表面的成功制備為圖案化滑移表面提供了一種低成本、高靈活度的新方法，為組裝圖案化納米材料提供了可靠參考。

2、熱電發(fā)電機(jī)可以在溫度梯度下發(fā)電，這是一種無(wú)污染的發(fā)電方法，可以從廢熱或太陽(yáng)輻射中產(chǎn)生有用的電力，具有廣闊的應(yīng)用前景。通常需要將熱電材料與聚合物或有機(jī)化合物混合，以獲得柔性和獨(dú)立的熱電器件。盡管一些研究已經(jīng)將紙張推廣為電子設(shè)備的柔性基板，但組裝為熱電器件需要通過(guò)剪裁與粘貼進(jìn)行組裝的方法，目前已得到廣泛應(yīng)用的熱電材料如金屬碲、金屬碲化物和硒化物等，通常價(jià)格昂貴，在后期剪裁與連接過(guò)程中難以避免材料的浪費(fèi)，制備工藝復(fù)雜，成本較高，并且難以實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，亟需研究新的制備工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，通過(guò)一種直寫印刷能移動(dòng)的滑移表面，黏附于直寫印刷固定的滑移表面，通過(guò)移動(dòng)能移動(dòng)的滑移表面覆蓋的位置實(shí)現(xiàn)在一個(gè)表面限域沉積兩種不同的材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明的第一方面，提供一種通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料通過(guò)能移動(dòng)的滑移表面和固定的滑移表面相結(jié)合的方式以真空抽濾的方法進(jìn)行制備，具體包括以下步驟：

3、s1、制備聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物墨水：按設(shè)定比例稱取聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物和固化劑，室溫下攪拌10-20min后放入真空干燥箱中，然后真空保存設(shè)定時(shí)間，獲得聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物墨水；

4、s2、制備固定的滑移表面：將聚四氟乙烯微孔濾膜使用50-100w的o2等離子體處理5-10min，將處理后的聚四氟乙烯微孔濾膜固定于直寫印刷操作臺(tái)作為打印基底，將所述聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物墨水注入油墨容器，在0～50psi的打印壓力下按照預(yù)設(shè)的打印步驟進(jìn)行打印，將打印后的產(chǎn)物放入恒溫加熱臺(tái)加熱至聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物墨水固化，得到固定的滑移表面；

5、s3、制備能移動(dòng)的滑移表面：將聚酯薄膜和三甲氧基氟硅烷液體放入真空干燥皿中進(jìn)行預(yù)處理，在預(yù)處理后的聚酯薄膜板上進(jìn)行打印并置于加熱臺(tái)上加熱至聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物墨水固化，并將所述能移動(dòng)的滑移表面與聚酯薄膜板分離，得到能移動(dòng)的滑移表面；

6、s4、第一熱電材料可控圖案化組裝：根據(jù)圖案化需要將步驟s3制備的所述能移動(dòng)的滑移表面貼合在步驟s2制備的固定的滑移表面上并固定在漏斗上，充分潤(rùn)濕后將第一分散溶液倒入漏斗中真空抽濾，完成第一熱電材料可控圖案化組裝獲得帶有第一熱電材料的組合滑移表面；

7、s5、第二熱電材料可控圖案化組裝并形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料：將步驟s3制備的所述可移動(dòng)滑移表面移動(dòng)至步驟s4制備的帶有第一熱電材料的組合滑移表面上由第一熱電材料部分覆蓋的區(qū)域并固定在漏斗上，充分潤(rùn)濕后將第二分散溶液倒入漏斗中進(jìn)行真空抽濾，第二熱電材料可控圖案化組裝并形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

8、優(yōu)選地，所述第一設(shè)定比例為重量比且比例為10：1，第一設(shè)定時(shí)間為30±5min。

9、優(yōu)選地，步驟s1中所述聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物和所述固化劑混合后發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，所述真空干燥箱的壓力為0.5～1mpa。

10、優(yōu)選地，步驟s2中，所述聚四氟乙烯微孔濾膜的孔徑根據(jù)所述第一分散溶液和所述第二分散溶液的分散相粒子的大小進(jìn)行調(diào)整，所述打印過(guò)程中采用的針頭直徑根據(jù)印刷圖案的分辨率需求進(jìn)行選擇，所述漏斗為砂芯漏斗。

11、優(yōu)選地，步驟s2中，所述加熱臺(tái)的加熱溫度為85-90℃，所述干燥箱的干燥溫度為85-90℃，干燥時(shí)間為12-13h。

12、優(yōu)選地，步驟s2中，所述聚酯薄膜板的尺寸為6×6cm2，所述預(yù)處理是將真空干燥皿抽成真空狀態(tài)并放入干燥箱中90±5℃加熱10-12h并置于裝有乙醇的容器中超聲清洗5-10min。

13、優(yōu)選地，所述第一分散溶液和所述第二分散溶液為異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的基體溶液，所述第一分散溶液和所述第二分散溶液為去離子水、乙醇或甲烷。

14、本發(fā)明的第二方面提供一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法進(jìn)行制備。

15、本發(fā)明的第三方面提供一種含有所述的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的熱量感知及收集器件，所述熱量感知及收集器件包含所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所述熱量感知及收集器件為p-n交替型熱電發(fā)電機(jī)和熱傳感器。

16、優(yōu)選地，所述p-n交替型熱電發(fā)電機(jī)在制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料時(shí)利用n型硒摻雜碲化鉍的分散溶液作為第一分散溶液，利用p型碲化銻分散溶液作為第二分散溶液，制備p-n交替型熱電發(fā)電機(jī)。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

18、1、本發(fā)明通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，通過(guò)真空抽濾的方式將兩種異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行組裝，制備工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本較低，能夠滿足大規(guī)模批量生產(chǎn)的要求。

19、2、本發(fā)明通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，通過(guò)直寫印刷的能移動(dòng)的滑移表面與固定的滑移表面相互配合，在一個(gè)表面限域形成了有兩種材料均勻分布的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，且該方法制備的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料統(tǒng)一性較好。

20、3、本發(fā)明通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法制備的熱量感知及收集器件具有優(yōu)異的耐用性與穩(wěn)定性，熱量感知及收集器件在6000次15mm位移的彎折下產(chǎn)生的電阻變化小于0.2。

21、4、本發(fā)明通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法制備的熱量感知及收集器件具有較高的靈敏度和較廣的溫度響應(yīng)范圍，可應(yīng)用于制備熱傳感器或熱電發(fā)電機(jī)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，熱量感知及收集器件作為熱傳感器響應(yīng)手指觸碰時(shí)，響應(yīng)時(shí)間為0.452s，恢復(fù)時(shí)間為0.421s，熱量感知及收集器件能夠?qū)θ梭w溫度與熱水溫度進(jìn)行響應(yīng)，溫度響應(yīng)范圍廣。

22、5、本發(fā)明通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法制備的熱量感知及收集器件組裝為熱電發(fā)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)在冷熱端溫差的作用下產(chǎn)生開(kāi)路電壓。

技術(shù)特征：

1.一種通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，其特征在于，異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料通過(guò)可移動(dòng)滑移表面和固定滑移表面相結(jié)合的方式以真空抽濾的方法進(jìn)行制備，具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，其特征在于，所述設(shè)定比例為重量比且比例為10：1，設(shè)定時(shí)間為30±5min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，其特征在于，步驟s1中所述聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物和所述固化劑混合后發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，所述真空干燥箱的壓力為0.5～1mpa。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，其特征在于，步驟s2中，所述聚四氟乙烯微孔濾膜的孔徑根據(jù)所述第一分散溶液和所述第二分散溶液的分散相粒子的大小進(jìn)行調(diào)整，所述打印過(guò)程中采用的針頭直徑根據(jù)印刷圖案的分辨率需求進(jìn)行選擇，所述漏斗為砂芯漏斗。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，其特征在于，步驟s2中，所述加熱臺(tái)的加熱溫度為85-90℃，所述干燥箱的干燥溫度為85-90℃，干燥時(shí)間為12-13h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，其特征在于，步驟s2中，所述聚酯薄膜板的尺寸為6×6cm2，所述預(yù)處理是將真空干燥皿抽成真空狀態(tài)并放入干燥箱中90±5℃加熱10-12h并置于裝有乙醇的容器中超聲清洗5-10min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，其特征在于，所述第一分散溶液和所述第二分散溶液為異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的基體溶液，所述第一分散溶液和所述第二分散溶液為去離子水、乙醇或甲烷。

8.一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料由權(quán)利要求1所述的通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法進(jìn)行制備。

9.一種含有權(quán)利要求8所述的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的熱量感知及收集器件，其特征在于，所述熱量感知及收集器件包含所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所述熱量感知及收集器件為p-n交替型熱電發(fā)電機(jī)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱量感知及收集器件，其特征在于，所述p-n交替型熱電發(fā)電機(jī)在制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料時(shí)利用n型硒摻雜碲化鉍的分散溶液作為第一分散溶液，利用p型碲化銻分散溶液作為第二分散溶液，制備p-n交替型熱電發(fā)電機(jī)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法、異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料及熱量感知及收集器件，涉及異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料制備領(lǐng)域；其中，異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料通過(guò)可移動(dòng)滑移表面和固定滑移表面相結(jié)合的方法以真空抽濾的方式進(jìn)行制備，具體包括以下步驟：S1、制備聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物墨水；S2、制備固定的滑移表面；S3、制備能移動(dòng)的滑移表面；S4、第一熱電材料可控圖案化組裝；S5、第二熱電材料可控圖案化組裝并形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明通過(guò)組合式滑移表面印刷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的方法，通過(guò)真空抽濾的方式將兩種異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行組裝，制備工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本較低，能夠滿足大規(guī)模批量生產(chǎn)的要求。

技術(shù)研發(fā)人員：孫加振,康海婷,王碩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21