一种采用超声碾压的纳米片复合材料的加工工艺的制作方法

本发明属于微纳制造领域，尤其涉及一种采用超声碾压的纳米片复合材料的加工工艺。

背景技术：

在基础研究与应用前景的驱动下，人们发展了一系列制备银纳米片的方法，如光诱导化学还原法、快速还原沉淀法、软模板法和声化学方法、热沉积法等。这些方法一般通过化学反应或热处理的方式完成纳米片的制备，而且制备的纳米片的形状一般为三角形。现有的纳米复合材料的制备方法分为物理法和化学法两种，以化学方法为多。共混法属于物理法，就是直接将纳米粉体添加到聚合物基体中，是一种常用的比较简单和易于实行的方法，在纳米微粒与聚合物材料直接混合中，混合的形式可以是机械共混、溶液共混、乳液共混，或者熔融共混。但这种方法存在一定的缺陷，纳米微粒易于团聚，共混时在聚合物中实现均匀分散比较困难。在化学法中是以化学原理为依据，从纳米复合材料化学组成、结构、性质、化学反应、复合原理及其变化规律进行设计、合成和制备纳米复合材料，通常将不同的粉体原材料混合，并利用高温、高压和真空等条件制备纳米片复合材料，工艺产量高并适合规模化生产，但高温高压条件有时会对一些敏感纳米材料的特性产生负面影响，因此现有的纳米片复合材料的加工技术存在一定的局限性。

技术实现要素：

本发明提供了一种采用超声碾压的纳米片复合材料的加工工艺，该方法为物理加工方法，能够在常温常压条件下实现纳米片复合材料的加工，避免高温高压条件对一些敏感纳米材料的性能产生负面影响，且对纳尺度材料b没有延展性要求，而且工艺中的碾压过程能够直接在具有idt电极的基板上进行，在加工纳米片复合材料的同时，改善了纳米片复合材料与基板电极之间的结合。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用超声碾压的纳米片复合材料的加工工艺，包括以下操作步骤：首先利用微尺度的柔性超声工具1碾压微纳尺度材料a，使所述微纳尺度材料a成为片状结构，然后将纳尺度材料b加入到所述片状微纳尺度材料a上，利用柔性超声工具1再次进行碾压，获得由所述片状微纳尺度材料a构成的基底材料和所述纳尺度材料b构成的表面修饰材料共同构成的纳米片复合材料。

以上操作步骤中，所述的柔性超声工具1为环状，所述的微纳尺度材料a为具有良好延展性的颗粒、线或片状结构，特征尺寸在纳米级或者微米级，所述的纳尺度材料b无延展性要求，碾压过程中，微尺度柔性超声工具1做与基板垂直的振动，进而对微纳尺度材料a施加超声频率的动压力。

作为一种优选方案，柔性超声工具1采用环状玻璃纤维。

本发明的有益效果是利用本发明提供的物理加工方法，能够在常温常压条件下实现纳米片复合材料的加工，不需要采用化学加工法，避免了高温高压条件对一些敏感纳米材料的性能产生负面影响，所以本发明的加工工艺可以加工一些敏感的纳米材料，从而扩大了该加工工艺的适用范围，而且工艺中的碾压过程能够直接在具有idt电极的基板上进行，在加工纳米片复合材料的同时，改善纳米片复合材料与基板电极之间的结合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明中的微尺度柔性超声工具的结构示意图。

其中，1为柔性超声工具，2为振动传输杆，3为超声换能器。

图2为本发明中在idt电极基板上加工纳米片复合材料示意图。

其中，4为idt电极，5为微纳尺度材料a。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

微尺度的柔性超声工具1为直径10微米玻璃纤维围成的圆环，该圆环直径为2毫米,微尺度的柔性超声工具1上端点粘贴于振动传输杆2的左端的圆心处，振动传输杆2为不锈钢，直径为1.4毫米，振动传输杆2焊接在超声换能器3的辐射面上，超声换能器3也可以为压电片。微纳尺度材料a为银纳米线，直径300纳米，长30微米。纳尺度材料b为氧化锌颗粒，直径为100纳米。微尺度的柔性超声工具1作为驱动部件，在外界正弦交流电信号激励下驱动时，由于逆压电效应，压电片出现周期性形变。

具体实验过程为：首先制备带有微尺度的环状玻璃纤维的超声器件，再利用微尺度的柔性超声工具1碾压银纳米线，使银纳米线成为片状结构，然后将氧化锌纳米颗粒加入到银纳米片上，利用柔性超声工具再次进行碾压，获得由宽度为2微米、长度为34微米的银纳米片基底材料和直径为100纳米的氧化锌颗粒表面修饰材料构成的纳米片复合材料。

实施例2

微尺度的柔性超声工具1为直径5微米碳纤维围成的圆环，该圆环直径为1.5毫米,微尺度的柔性超声工具1上端点粘贴于振动传输杆2的左端的圆心处，振动传输杆2为不锈钢，直径为1.4毫米，振动传输杆2焊接在超声换能器3的辐射面上，超声换能器3也可以为压电片，idt电极基板上相邻叉指电极间距均为5微米，电极宽度均为5微米。微纳尺度材料a为银纳米线，直径300纳米，长30微米。纳尺度材料b为氧化锌颗粒，直径为100纳米。微尺度的柔性超声工具1作为驱动部件，在外界正弦交流电信号激励下驱动时，由于逆压电效应，压电片出现周期性形变。

具体实验过程为：首先制备带有微尺度的环状玻璃纤维的超声器件，再通过声学操控方法将银纳米线5放置于idt电极4上，如图1所示，利用微尺度柔性超声工具1碾压银纳米线，使银纳米线成为片状结构，然后将氧化锌纳米颗粒加入到银纳米片上，利用微尺度柔性超声工具1再次进行超声碾压，获得由宽度为2微米、长度为30微米的银纳米片基底材料和直径为100纳米的氧化锌纳米颗粒表面修饰材料构成的纳米片复合材料，在加工纳米片复合材料的同时，改善纳米片复合材料与电极之间的结合。

实施例3

微尺度的柔性超声工具1为直径40微米铜纤维围成的圆环，该圆环直径为2毫米,微尺度的柔性超声工具1上端点粘贴于振动传输杆2的左端的圆心处，振动传输杆2为不锈钢，直径为1.4毫米，振动传输杆2焊接在超声换能器3的辐射面上，超声换能器3也可以为压电片。微纳尺度材料a为银纳米线，直径300纳米，长30微米。纳尺度材料b为氧化锌颗粒，直径为100纳米。微尺度的柔性超声工具1作为驱动部件，在外界正弦交流电信号激励下驱动时，由于逆压电效应，压电片出现周期性形变。

具体实验过程为：首先制备带有微尺度的环状铜纤维的超声器件，再利用微尺度的柔性超声工具1碾压银纳米线，使银纳米线成为片状结构，然后将氧化锌纳米颗粒加入到银纳米片上，利用柔性超声工具再次进行碾压，获得由宽度为3微米、长度为35微米的银纳米片基底材料和直径为100纳米的氧化锌颗粒表面修饰材料构成的纳米片复合材料。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种采用超声碾压的纳米片复合材料的加工工艺，涉及微纳制造领域，能够在常温常压下进行。本发明包括，首先利用微尺度的柔性超声工具1碾压微纳尺度材料A，使所述微纳尺度材料A成为片状结构，然后将纳尺度材料B加入到所述片状微纳尺度材料A上，利用柔性超声工具1再次进行碾压，获得由所述片状微纳尺度材料A构成的基底材料和所述纳尺度材料B构成的表面修饰材料共同构成的纳米片复合材料。上述加工过程在常温常压下进行，无需借助任何化学反应，对修饰材料B的延展性无要求。上述工艺中的碾压过程还可以直接在具有IDT电极的基板上进行，在加工纳米片复合材料的同时，改善了纳米片复合材料与基板电极之间的结合。

技术研发人员：胡俊辉;王旭
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2017.06.06
技术公布日：2017.11.07