本发明涉及金属材料领域,尤其涉及一种热致变色液态金属的制备方法及其应用。
背景技术:
1、液态金属又称低熔点合金,通常指由镓、铟、锡、铋等多种熔点较低的金属材料配制形成的合金材料,具有熔点低(室温附近为液态的金属,如熔点在30℃以下的镓或其合金,或是在稍高一些温度范围如40-200℃能呈现液态)、熔点可调的特点。
2、因此,目前一些艺术家已经开始尝试采用液态金属进行艺术创作,将其在低温下(低于100℃)熔化后进行无模具浇筑,塑造出各种流水状造型。尽管,液态金属所形成的铸件造型精美多变,但是,由于受其自身物性或合金组成所限,所形成的造型的光泽大多呈液态金属自身的银白色,颜色较为单一,无法满足人们的审美需求。
3、在此背景下,专利cn201510592158.7提出了一种彩色液态金属及其制作方法,该专利中直接将天然颜料加入液态金属中,制备出具有丰富彩色的液态金属。但是,这些天然颜料所呈现的颜色固定不可变,无法满足艺术家们的创作需求和日益激烈的市场竞争。此外,所加入的朱砂、红土等天然颜料与液态金属的相容性差,易产生分层现象,影响液态金属的色彩效果。
4、热致变色微胶囊是一种颜色随温度变化而变化的热响应性材料。若将热致变色微胶囊与液态金属复合,不仅能够赋予液态金属丰富的色彩,还能够赋予其稳定的热致变色功能。但是申请人在前期的试验中发现,热致变色微胶囊与液态金属之间存在相容性差的问题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题,本发明提供了一种热致变色液态金属的制备方法及其应用。本发明巧妙地通过原位沉积纳米银颗粒的方式对热致变色微胶囊进行表面改性,不仅可以提高热致变色微胶囊与液态金属相容性,有效避免产生混合不均匀和分层现象,还赋予了热致变色微胶囊抗菌功能,再将其作为填料加入到液态金属中,得到具有抗菌和热致变色功能的液态金属。
2、本发明的具体技术方案为:
3、第一方面,本发明提供了一种热致变色液态金属的制备方法,包括:
4、1)在热致变色微胶囊表面原位还原形成纳米银颗粒,得到高相容性热致变色微胶囊。
5、2)将热致变色微胶囊添加至熔化的液态金属中混合均匀,冷却后得到热致变色液态金属。
6、本发明热致变色液态金属的制备原理为:本发明所选择的热致变色微胶囊的表面含有大量的羟基和腈基,这些羟基和腈基中的氧原子上的未成键孤对电子能够与银离子的空轨道配合形成配位键,从而使得热致变色微胶囊表面能够吸附银离子。随后通过还原反应在热致变色微胶囊表面原位生成纳米银颗粒,获得高相容性热致变色微胶囊。进一步,将高相容性热致变色微胶囊作为填料加入融化液态金属中,表面附着的纳米银颗粒可大幅提高热致变色微胶囊与液态金属的相容性,因此两者均匀混合,不易出现分层现象,最终获得颜色均匀的热致变色液态金属。并且,作为额外效果,表面附着的纳米银颗粒由于其自身的高导热性使热量可以更快速传递到微胶囊内部,热致变色微胶囊能够更迅速地感知温度变化并做出响应,从而能够显著提高热致变色液态金属的热响应性能,此外纳米银颗粒的附着还赋予了热致变色液态金属出色的抗菌性。
7、作为优选,所述纳米银颗粒于热致变色微胶囊表面呈弥散状分布。
8、本发明方法所制得的高相容性热致变色微胶囊表面,纳米银颗粒呈弥散状分布,相较于呈连续相的纳米银包覆层而言,可充分暴露热致变色微胶囊的自身表面,从而不会影响热致变色效果。
9、作为优选,步骤1)具体包括:将热致变色微胶囊与银盐溶液混匀,离心分离沉淀,洗涤;将沉淀分散于水中,加入还原剂搅拌反应;离心分离沉淀,经洗涤、干燥,得到高相容性热致变色微胶囊。
10、作为优选,步骤1)中,所述热致变色微胶囊和银盐溶液中银的质量比为0.3:0.1-0.45;进一步优选为0.3:0.1-0.3。
11、为了进一步降低纳米银颗粒对热致变色微胶囊色彩的负面影响。本发明通过优化纳米粒的相对用量来调控其负载量。若热致变色微胶囊表面负载大量的纳米银颗粒,会相互堆积现象,容易过度遮掩热致变色微胶囊的表面,甚至形成呈连续相的壳层,从而影响热热致变色微胶囊显色效果。
12、作为优选,步骤1)中,所述银纳米颗粒的粒径在60-100nm。
13、作为优选,步骤1)中,所述银盐溶液为0.1-0.9m的硝酸银溶液。
14、作为优选,所述热致变色微胶囊的壳体由高分子聚合物形成,内部填充有隐色剂、显色剂和控温剂脂类化合物。
15、作为优选,步骤2)中,所述高相容性热致变色微胶囊和液态金属的质量比为0.05-0.3:10。
16、本发明发现,若微胶囊的用量过少,会使少量的微胶囊难以均匀分散在液态金属中,导致局部区域功能性差异;而若微胶囊的量过多,一方面,会导致混合得到的热致变色液态金属变得更加脆弱,机械强度降低;另一方面,由于微胶囊的量较大,相对而言液态金属的比例就会偏低,液态金属的热传导性会降低,进而导致热响应速度变慢,影响热致变色效果的瞬时性。
17、作为优选,步骤2)中,所述液态金属为熔点低于100℃的易熔合金。
18、作为优选,所述易熔合金由ga、in、sn、bi、pb、cd中的一种或多种组成。
19、作为优选,所述液态金属中,铋含量为30-50wt%、铅含量为10-30wt%、锡含量为10-15wt%、镉含量为10-15wt%,余量为铟,熔点为55-80℃;进一步优选为铋含量为44.39%,铅含量为27.38%,锡含量为14.22%,镉含量为14.01%,熔点为69.59℃;或铋含量为50%,铅含量为25%,锡含量为12.5%,镉含量为12.5%,熔点为70℃。
20、作为优选,步骤2)中,所述熔化的温度为高于液态金属的熔点5-15℃,加热时间为0.5-1h。
21、第二方面,本发明提供了上述制备方法得到的热致变色液态金属作为艺术塑形材料的应用。
22、与现有技术对比,本发明的有益效果是:
23、(1)本发明巧妙地通过原位沉积纳米银颗粒的方式对热致变色微胶囊进行表面改性,不仅可以提高热致变色微胶囊与液态金属相容性,有效避免产生混合不均匀和分层现象,还赋予了热致变色微胶囊抗菌功能,再将其作为填料加入到液态金属中,得到具有抗菌和热致变色功能的液态金属。
24、(2)本发明进一步通过优化纳米银颗粒的相对用量来调控其负载量。进而降低其对热致变色微胶囊的热致变色效果。
1.一种热致变色液态金属的制备方法,其特征在于包括:
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述纳米银颗粒于热致变色微胶囊表面呈弥散状分布。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于:步骤1)具体包括:将热致变色微胶囊与银盐溶液混匀,离心分离沉淀,洗涤;将沉淀分散于水中,加入还原剂搅拌反应;离心分离沉淀,经洗涤、干燥,得到高相容性热致变色微胶囊。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:步骤1)中,所述热致变色微胶囊和银盐溶液中银的质量比为0.3:0.1-0.45。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:步骤1)中,所述银盐溶液为0.1-0.9m的硝酸银溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述热致变色微胶囊的壳体由高分子聚合物形成,内部填充有隐色剂、显色剂和控温剂脂类化合物。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤2)中,所述高相容性热致变色微胶囊和液态金属的质量比为0.05-0.3:10。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤2)中,所述液态金属为熔点低于100℃的易熔合金。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于:所述易熔合金由ga、in、sn、bi、pb、cd中的一种或多种组成。
10.根据权利要求1-9任一项所述制备方法得到的热致变色液态金属作为艺术塑形材料的应用。