本發(fā)明涉及一種三維鐵磁性超疏水材料及其制備方法和用途。屬于材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、鎳作為一種具有鐵磁性的金屬材料，具有良好化學(xué)穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于電子器件、耐蝕涂層、磁性致動器等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的制造方法能通過印刷電路板、刻蝕法、噴墨打印等工藝在二維平面制造出圖案化電路。但是，二維的制造方法無法適用于立體結(jié)構(gòu)的線路導(dǎo)通，這嚴(yán)重限制了電子產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。3d打印技術(shù)的興起使得三維圖案化電路的制造成為了可能，人們能夠直接在形狀可自由定制的三維表面制造有電氣功能的導(dǎo)線、圖案，并直接在三維表面安裝元器件實(shí)現(xiàn)三維電子產(chǎn)品的制造。尤其是在通信天線、電磁屏蔽、柔性機(jī)器人等方面，很難用傳統(tǒng)的二維制造方式實(shí)現(xiàn)。

2、特別的，對于磁性驅(qū)動機(jī)器人而言，存在對磁性部位三維定制的強(qiáng)烈需求。磁性驅(qū)動機(jī)器人是一種利用磁場來控制機(jī)器人運(yùn)動和變形的高科技產(chǎn)品。它們在醫(yī)療、生物工程、微納技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。磁性驅(qū)動機(jī)器人通常由磁性材料和軟體材料組成，可以通過外部磁場的控制實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和形變。例如，通過激光局部加熱磁性軟材料至居里溫度以上，使材料的磁性顆粒變?yōu)轫槾朋w，再在冷卻過程中施加磁場以重新定向磁性顆粒的磁疇，從而實(shí)現(xiàn)對軟體機(jī)器人的編程和控制。

3、目前，直接制造的鎳層金屬由于其表面能較高、具有一定親水性，因此仍易受環(huán)境影響從而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。利用仿生結(jié)構(gòu)使金屬層獲得超疏水性能解決金屬本征親水性帶來的電化學(xué)腐蝕問題，從而能夠進(jìn)一步提高金屬層的耐候性。

4、中國專利申請cn116277953a公開了一種通過混合增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)鎳層的選擇性金屬化的方法。但是，此方法制備的金屬層并不具有超疏水性，專利文獻(xiàn)中也并未提及是否能保證鎳的鐵磁性。且該方法使用了復(fù)雜的多材料3d打印機(jī)，不僅提高了設(shè)備成本，還使3d打印的種類僅適用于文中提供的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種三維鐵磁性超疏水材料，適用于通信天線、電磁屏蔽、柔性機(jī)器人，尤其適用于磁性驅(qū)動機(jī)器人領(lǐng)域。

2、本發(fā)明提供了一種三維鐵磁性超疏水材料，它是在三維結(jié)構(gòu)的材料上依次覆蓋有銅層、鎳層；

3、其中銅層是將成膜劑、激光敏化劑、溶劑混合刷涂在樹脂材料表面，干燥后利用激光進(jìn)行表面輻射，形成活化圖案，再利用化學(xué)鍍對活化區(qū)域進(jìn)行選擇性金屬化后制得；

4、鎳層是在特定電流密度下，對銅層進(jìn)行電鍍鎳，再暴露在空氣中放置7天以上，得到磁性超疏水鎳層。

5、其中，所述的激光敏化劑與成膜劑的用量百分比為：

6、激光敏化劑5％-70％、成膜劑30％-95％；優(yōu)選地，激光敏化劑5％-20％、成膜劑80％-95％；

7、所述的成膜劑為聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸共聚物、明膠、瓊脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、聚維酮、醇溶性聚酰胺、丙烯酸酯均聚物、丙烯酸酯共聚物、sebs、seps、sbs、sis、聚氨酯、k樹脂、聚碳酸酯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、聚苯乙烯中的一種或兩種以上；優(yōu)選地，成膜劑為聚乙烯醇、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、醇溶性聚酰胺、丙烯酸酯均聚物、丙烯酸酯共聚物、sebs、聚碳酸酯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物中的一種；

8、所述溶劑為水、乙腈、甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、二氧六環(huán)、四氫呋喃、甲乙酮、正丁醇、氯仿、溴乙烷、苯、氯丙烷、甲苯、四氯化碳、二硫化碳、環(huán)己烷、己烷、庚烷中的一種或兩種以上；

9、所述激光敏化劑為銅的鹽、銅的氧化物、銅的氫氧化物、銅的有機(jī)絡(luò)合物、鉍的鹽、鉍的氧化物、鉍的氫氧化物、鉍的有機(jī)絡(luò)合物、鉻的鹽、鉻的氫氧化物、鉻的有機(jī)絡(luò)合物、錫的鹽、錫的氧化物、錫的氫氧化物、錫的有機(jī)絡(luò)合物、錫的摻雜氧化物、銻的鹽、銻的氧化物、銻的氫氧化物、銻的有機(jī)絡(luò)合物、鉬的鹽、鉬的氧化物、鉬的氫氧化物、鉬的硫化物、鉬的氫氧化物、含鉬的酸、銦的鹽、銦的氧化物、銦的氫氧化物、銦的有機(jī)絡(luò)合物、鋅的氧化物、鋅的硫化物、鋅的氫氧化物、鋅的鹽、鎢的氧化物、鎢的硫化物、含鎢的酸、鎢的鹽、鑭的氧化物、鈮的氧化物、釹的氧化物、鎳的氧化物、鎳的鹽、碲的氧化物、鋯的氧化物、銀的氧化物、銀的鹽中的一種或兩種以上。

10、其中，所述的三維結(jié)構(gòu)的材料是采用3d打印方法制備，所述的3d打印方法包括立體光固化(sla)，數(shù)字光處理(dlp)，選擇性激光燒結(jié)(sls)，熔融沉積造型(fdm)，多光束選擇性激光燒結(jié)(mjf)，噴膠黏粉成型(bj)，直接能量沉積(ded)中的任意一種。

11、其中，所述的所述激光的波長為300-1200nm，所述激光功率1-20w，激光掃描速度1000-2000mm/s，激光頻率30-60khz。；優(yōu)選地，所述的波長為1064nm，所述激光功率20w，激光頻率30khz。

12、其中，所述的電鍍鎳采用的鍍液配方為每升含硼酸6.2g、六水合氯化鎳23.8g、硫酸鎳26.3g的水溶液，以鍍件為陰極，鉑片為陽極；電鍍所采用的電流密度為100-500ma/cm2，電鍍時(shí)間為5-20分鐘。優(yōu)選地，鍍鎳電流密度為：100ma/cm2、電鍍時(shí)間為5-10分鐘。

13、其中，所述放置的時(shí)間為7-30天。

14、其中，所述超疏水鎳層的水接觸角大于150°，滾動角小于5°。

15、本發(fā)明提供了一種所述的三維鐵磁性超疏水材料的制備方法，它包括如下步驟：

16、步驟s1：根據(jù)需求設(shè)計(jì)出三維電子器件的三維結(jié)構(gòu)，使用3d打印技術(shù)對設(shè)計(jì)出的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行打?。?/p>

17、步驟s2：先將成膜劑與溶劑混合，再加入激光敏化劑得到激光敏化劑懸浮液或溶液，然后將該懸浮液或溶液刷涂在三維打印部件表面，隨后干燥去除溶劑；

18、步驟s3：利用激光對步驟s2中得到的三維部件表面進(jìn)行輻照，并在輻照區(qū)域形成活化圖案，利用化學(xué)鍍對活化區(qū)域進(jìn)行選擇性金屬化，在三維部件表面獲得銅層；

19、步驟s4：在特定電流密度下，對步驟s3中得到的銅層進(jìn)行一定時(shí)間的電鍍鎳，然后將該鎳層暴露在空氣中放置，得到三維鐵磁性超疏水鎳層。

20、本發(fā)明提供了所述的三維鐵磁性超疏水材料在制備通信天線、電磁屏蔽、柔性機(jī)器人中的用途。

21、其中，所述的三維鐵磁性超疏水材料用于制備磁性驅(qū)動機(jī)器人。

22、本發(fā)明發(fā)明人在利用電鍍鎳法改善選擇性金屬化制備的銅層的耐候性時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)采用特定電流密度對銅層進(jìn)行一定時(shí)間的電鍍后，所獲得的鎳層能夠繼承銅層表面的仿生微結(jié)構(gòu)，并且通過在空氣中暴露一段時(shí)間，能自發(fā)達(dá)到超疏水狀態(tài)，且具有優(yōu)良的鐵磁性。這使得具有優(yōu)良耐候性的三維電子產(chǎn)品的制造成為了可能，例如對于暴露在外界的三維天線或電磁屏蔽結(jié)構(gòu)，本發(fā)明方法能夠直接制造出具有超疏水性的三維圖案化電路，在實(shí)現(xiàn)功能性的同時(shí)也保證了其耐腐蝕性。特別對于磁性驅(qū)動機(jī)器人而言，本發(fā)明解決了磁性部位的三維圖案化問題，同時(shí)保證了其耐候性。

23、現(xiàn)有的鎳層選擇性金屬化方法，都是通過多材料三維打印的方法分別沉積部件的基底部分和金屬化部分來實(shí)現(xiàn)，這使得圖案化金屬層的生產(chǎn)必須借助單獨(dú)開發(fā)的特殊三維打印機(jī)與相應(yīng)的打印油墨，大大增加了制造成本和生產(chǎn)局限性。與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明利用激光選擇性金屬化與電鍍，直接制備出了具有超疏水性的鐵磁性鎳層，擁有耐候性好、生產(chǎn)效率高、過程便捷、適用性廣以及通過激光選擇性金屬化獲得的圖案化金屬層精度高的優(yōu)勢。此外，也存在通過沉積低表面能物質(zhì)使鎳層獲得超疏水性的方法，但本方法制備出的鎳層，通過暴露在空氣中放置，能直接獲得超疏水性，可顯著減少生產(chǎn)過程中的成本花費(fèi)和污染性廢料，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

24、本發(fā)明三維鐵磁性超疏水材料不僅保證了鎳層的高導(dǎo)電性與鐵磁性，還使鎳層具有了優(yōu)秀的圖案化精度與超疏水性。以上優(yōu)勢使得此鎳層在高精度電子設(shè)備、磁致動器、防腐、自潔等領(lǐng)域具有重要作用，在耐候性電子方向應(yīng)用前景廣闊。

25、顯然，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更。

26、以下通過實(shí)施例形式的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。