本發(fā)明屬于多孔液態(tài)金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溫控不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的常溫液態(tài)金屬如汞，已經(jīng)有很長(zhǎng)的應(yīng)用歷史，但是其毒性限制了其應(yīng)用，現(xiàn)在鎵金屬及其合金作為液態(tài)金屬慢慢成為材料領(lǐng)域的一顆明星。它不僅具有良好的導(dǎo)電性能以及導(dǎo)熱性能，而且還有可變形性，使得液態(tài)金屬機(jī)器人從科幻走向現(xiàn)實(shí)，之前報(bào)道液態(tài)金屬吞食少量鋁之后可以運(yùn)動(dòng)超過一小時(shí)，液態(tài)金屬良好的變形性為軟體機(jī)器人的制備提供了可能。液態(tài)金屬的生物相容性良好，有報(bào)道表明鎵銦液態(tài)金屬可以作為連接神經(jīng)的生物材料。未來(lái)液態(tài)金屬也有望作為載藥材料植入體內(nèi)，但是這種材料密度較高，同時(shí)流動(dòng)性很強(qiáng)，載藥和固定位置有一定的困難。若是全部用固體則在注射過程中又會(huì)產(chǎn)生困難，所以我們希望能夠制備出可以在固液之間相變的材料，當(dāng)在液體狀態(tài)下注射，到達(dá)指定位置時(shí)，則變?yōu)楣虘B(tài)進(jìn)行固定。我們通過在液態(tài)金屬中添加一些無(wú)毒納米材料，可以使得液態(tài)金屬具有多種特異的性能，比如具有低密度的多孔結(jié)構(gòu)，可以在液體環(huán)境中懸浮或者漂浮。同時(shí)具有高導(dǎo)電性和好的熱絕緣性。最重要的一點(diǎn)，這種材料可以實(shí)現(xiàn)材料的升溫不可逆相變，這一現(xiàn)象有別于傳統(tǒng)的理論。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種溫控不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料及其制備和應(yīng)用，可以解決當(dāng)前液態(tài)金屬在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的不足，比如固定形狀困難，密度大，運(yùn)動(dòng)和相變不易控制。通過加入金屬顆粒，使得具有多孔低密度結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有軟物質(zhì)的特點(diǎn)。通過磁場(chǎng)可以控制其運(yùn)動(dòng)。整個(gè)制備過程操作簡(jiǎn)單，原材料易得，過程可控性強(qiáng)，密度可以調(diào)整。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種溫控不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料，在液態(tài)金屬內(nèi)部有多孔結(jié)構(gòu)，多孔結(jié)構(gòu)中含有諸如氫氣等氣體，常態(tài)為液態(tài)，降溫或者升溫都能夠由液相變?yōu)楣滔唷?/p>

具體地，所述溫控不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料的熔點(diǎn)在25度左右，低溫可以保存，約在60度時(shí)開始固化，固化后降溫不會(huì)恢復(fù)液體狀態(tài)。但是通過加入高濃度鹽酸并攪拌后，可以恢復(fù)成液體狀態(tài)。

所述液態(tài)金屬為鎵基系列合金，如鎵銦合金，鎵錫合金，鎵銦錫合金，鎵鋅合金等，所述氣體為氫氣。

所述降溫是降溫至凝固點(diǎn)15℃，所述升溫是指升溫至50℃及以上，常態(tài)是指室溫常壓。降溫由液相變?yōu)楣虘B(tài)金屬，升溫由液相變?yōu)楣滔嘬浗饘佟?/p>

所述固相軟金屬的強(qiáng)度受酸堿度控制，當(dāng)在堿性環(huán)境下，強(qiáng)度增大。

升溫后密度減小，使得能夠漂浮在水面和乙醇表面。

在靜置條件下，隨著時(shí)間推移，經(jīng)過3-5小時(shí)(時(shí)間隨鐵粉含量而變化)后，液態(tài)逐漸變?yōu)楣虘B(tài)。

本發(fā)明所述溫控不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在液態(tài)金屬表面鋪撒微納米鐵粉顆粒，之后加入鹽酸直至完全浸沒液態(tài)金屬，攪拌使得鐵粉完全消耗，并通過磁場(chǎng)分離去除掉低磁性的液態(tài)金屬，獲得強(qiáng)磁性液態(tài)金屬；

步驟2：強(qiáng)磁性液態(tài)金屬在鹽酸中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生大量氫氣，通過加熱強(qiáng)磁性液態(tài)金屬使其膨脹形成多孔結(jié)構(gòu)。

所述步驟1中，液態(tài)金屬和微納米鐵粉顆粒的質(zhì)量比為(10:1)～(2；1)，鹽酸足量；磁場(chǎng)強(qiáng)度50高斯以上，吸附強(qiáng)磁性液態(tài)金屬，弱磁性液態(tài)金屬返回步驟1中繼續(xù)使用。

所述步驟2得到的材料中微納米鐵粉顆粒質(zhì)量含量為15％時(shí)，性能最佳，通過60℃以上加熱十分鐘既可以變?yōu)槎嗫椎兔芏鹊能浗饘俨牧稀?/p>

本發(fā)明所述溫控不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料，導(dǎo)電性好，電導(dǎo)率約為0.2x10⁷s/m，絕熱性能良好，熱導(dǎo)率約為0.3w/mk?？紫堵矢?，可變形能力強(qiáng)?？勺鳛檐浳镔|(zhì)在諸如軟體機(jī)器人等許多領(lǐng)域有應(yīng)用，制備能量吸收器、減震緩沖器、酸堿傳感器以及電學(xué)傳感器。由于其液態(tài)升溫變?yōu)楣虘B(tài)過程不可逆，可以在常溫時(shí)液態(tài)注射進(jìn)去，然后隨著時(shí)間推移或者升溫即可不可逆的變?yōu)楣虘B(tài)。這在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域諸如血管堵塞，藥物輸送等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

金屬輕量化，密度小于0.5g/ml，多孔結(jié)構(gòu)可載藥，絕熱性導(dǎo)電性能良好，升溫固化不可逆，通過調(diào)節(jié)溫度或時(shí)間均可以把常溫下流動(dòng)的液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)軟物質(zhì)金屬，在不同的酸堿性可以得到不同強(qiáng)度的多孔金屬。多孔固態(tài)的金屬加入濃鹽酸攪拌后又可以恢復(fù)成液態(tài)，在有水的情況下，可以重復(fù)產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)將其多孔結(jié)構(gòu)破壞后，又會(huì)不斷重復(fù)產(chǎn)生新的多孔結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1是溫控相變不可逆液態(tài)金屬制備圖。

圖2是溫控相變不可逆液態(tài)金屬材料在腫瘤血管堵塞方面的應(yīng)用示意圖。

圖3是溫控相變不可逆液態(tài)金屬材料在金屬結(jié)構(gòu)修補(bǔ)方面的應(yīng)用示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、制備方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明是一種不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料的制備方法及其應(yīng)用，由液態(tài)金屬鎵銦合金作為原材料制備，通過加入鐵粉和鹽酸，用磁場(chǎng)富集鐵粉，加熱或者靜置都可以達(dá)到多孔低密度的結(jié)構(gòu)，升溫由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，且體積膨脹，并且溫控不可逆。具體過程如圖1所示，包括：

步驟一：液態(tài)金屬1為鎵銦合金，將10ml的液態(tài)金屬1放置在燒杯2中，并在液態(tài)金屬1表面鋪撒2g微納米鐵粉顆粒3，之后將9％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽酸溶液4倒入燒杯2中，直至完全浸沒液態(tài)金屬1，攪拌5分鐘使得鐵粉完全消耗，并通過50高斯磁場(chǎng)分離去除掉低磁性的液態(tài)金屬，獲得強(qiáng)磁性液態(tài)金屬5。

步驟二：強(qiáng)磁性液態(tài)金屬5。在鹽酸溶液4中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氫氣6，通過加熱強(qiáng)磁性液態(tài)金屬5使其膨脹形成多孔結(jié)構(gòu)，并且升溫使得由液體變?yōu)楣腆w狀態(tài)，加熱的過程發(fā)生反應(yīng)

ga2o+h2o→3h2+ga2o3

鎵銦合金可以自發(fā)形成氧化物，只要有空氣和水的情況下，就可以源源不斷的產(chǎn)生氫氣，體積膨脹后即可獲得不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料7。

此種材料應(yīng)用的具體實(shí)施例通過以下方法實(shí)現(xiàn)：

如圖2所示，在腫瘤血管堵塞方面的應(yīng)用，不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料7在室溫環(huán)境中保持液體狀態(tài)，而升高溫度可以促進(jìn)其進(jìn)一步氧化，裝換為固體狀態(tài)，并且降低溫度不會(huì)回到液體狀態(tài)。在體外環(huán)境中將不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料7吸入到注射器8內(nèi)，由注射器8注射進(jìn)血管9中。在溫度較高的血管9中不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料7被氧化為固體狀態(tài)，并且膨脹，可以堵塞特定的血管9，用于阻斷腫瘤細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)。

如圖2所示，在金屬結(jié)構(gòu)修補(bǔ)方面的應(yīng)用，不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料7在常溫環(huán)境中處于粘稠液體狀態(tài)，可以方便地塑造成特定的形狀，填補(bǔ)在特定形狀的金屬結(jié)構(gòu)缺陷10處；之后加熱不可逆相變多孔液態(tài)金屬材料7使其氧化，轉(zhuǎn)化為固體狀態(tài)，與金屬結(jié)構(gòu)缺陷10形成完整結(jié)構(gòu)。

綜上，本發(fā)明液態(tài)金屬內(nèi)部有多孔結(jié)構(gòu)，多孔結(jié)構(gòu)中含有氣體，常態(tài)為液態(tài)，降溫或者升溫都能夠由液相變?yōu)楣滔?，降溫后可成為高密度高?qiáng)度的固態(tài)金屬，升溫也可以由液態(tài)變?yōu)槭杷啥嗫椎墓虘B(tài)金屬，升溫后再通過降溫不可以變?yōu)橐后w狀態(tài)，經(jīng)過高溫處理即可將液態(tài)永久的變?yōu)楣虘B(tài)物質(zhì)，此物質(zhì)具有孔隙率高，密度小，導(dǎo)電性好，絕熱效果佳，穩(wěn)定性好，磁性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，還具有金屬材料的特點(diǎn)，這種高溫使得液固相變打破了傳統(tǒng)的相變?cè)恚⑶疑郎靥幚砜梢宰屢簯B(tài)的物質(zhì)永久固化，這種材料結(jié)合了許多優(yōu)良的性質(zhì)，在電子工業(yè)，體內(nèi)機(jī)器人，磁控驅(qū)動(dòng)，金屬修補(bǔ)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。

以上所述的僅是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。