【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能响应材料领域，具体涉及一种溶剂响应型柔性金属有机框架材料、其制备方法及在致动器方面的应用。
技术介绍
1、具有形变能力的柔性执行器在可穿戴设备、可见光隐身和人工智能等领域是一类重要的材料。执行器的驱动方式有多种，例如电驱动、热驱动、光驱动、化学驱动、湿度或溶剂蒸气驱动等。在这些驱动方式中，溶剂驱动型执行器能够在溶剂分子的作用下发生不均匀的收缩或膨胀，属于一种刺激响应型材料，具有可控性强、合成条件简单等优点。受到水的吸附和解吸引起的种子释放和花朵开放或闭合的启示，溶剂驱动材料的研究受到了更多的重视。目前常用的驱动溶剂有四氢呋喃、丙酮、吡啶、氯仿、哌啶、甲醇、乙醇和异丙醇等。
2、智能响应材料能够对光、ph值、温度、湿度、化学物质、机械力、电场和磁场等外部刺激因素产生快速的响应，并表现出结构或理化性质的改变。这些变化可以用于敏感的传感器、检测器和探针等，实现对外部环境的监测和调控。在众多智能响应材料中，金属有机框架材料(mofs)具有制备简单、结构可调和比表面积高等优势，在催化、分离、吸附、传感、成像和治疗、磁性、光学等领域有着广泛的应用。柔性mofs又叫做呼吸mofs，它们能够对外部的物理刺激(如温度、光照、压力等)或化学刺激(如水或有机溶剂客体分子的吸附或解吸交换)作出响应，同时保持其晶体结构的可逆变化，例如框架的收缩和膨胀、孔的关闭和打开。柔性mofs和聚合物基体组合而成的溶剂驱动的mmm材料，在近几年受到了人们的高度重视。
技术实现思路
1、本专利
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种溶剂响应型柔性mofs材料的制备方法，包括以下步骤：
3、a)1,1,1-三(羟甲基)乙烷与对甲苯磺酰氯在吡啶中室温混合反应，产物过滤、干燥，得到中间体c，将c与4-羟基吡啶和碳酸钾在有机溶剂a中160℃加热回流反应，产物萃取、干燥后得到配体(l1)；
4、b)配体l1、4,4'-二苯乙烯二羧酸和二水乙酸锌在有机溶剂a中加热反应。初产物经过滤、洗涤、干燥后得到所述的柔性mofs材料(lhmof-4)；
5、c)lhmof-4与聚偏二氟乙烯(pvdf)，溶于有机溶剂a。用刮膜装置均匀地刮在玻璃板上，烘干、洗涤、干燥后得到柔性mofs膜(lhmof-4@pvdf)。
6、所述有机溶剂a为n,n-二甲基甲酰胺。
7、本专利技术中所设计的配体l1包含一个柔性的骨架和三个吡啶配位基团，根据软硬酸碱理论(hsab)，含n有机配体(软碱)可能与软酸金属阳离子(如zn2+)形成更强的配位键，因此实现了柔性mofs材料的合成。
8、优选地，1,1,1-三(羟甲基)乙烷与对甲苯磺酰氯的摩尔比应为1:(3-4)，优选比例为1:4；中间体c与4-羟基吡啶的摩尔比应为1:(3.7-4)，优选比例为1:4。
9、优选地，所述配体与金属盐的摩尔比应为1:(1-3)，优选摩尔比为1:1.25。
10、优选地，柔性mofs材料的合成采用溶剂热法，加热的温度为60-120℃，反应时间为24-72h，所述金属盐和n,n-二甲基甲酰胺用量的摩尔比为1:(100-200)。优选温度为60℃，优选反应时间为72h，优选金属盐和n,n-二甲基甲酰胺用量的摩尔比为1:100。
11、优选地，mofs与聚偏二氟乙烯的摩尔比应为1:(0.5-2)，优选摩尔比为1:1。
12、优选地，所述的柔性mofs膜材料的厚度为19.86nm。
13、优选地，在对柔性mofs材料进行溶剂蒸气刺激前，还需要将其浸泡在甲醇溶液中进行活化。
14、本专利技术中柔性mofs材料在溶剂刺激下会发生结构转变，且这种转变是可逆的。
15、优选地，本专利技术所述的溶剂响应型柔性mofs材料可应用于致动器领域。
16、进一步，所述的柔性mofs材料应用于致动器领域，包括步骤：将所述柔性mofs材料与聚合物混合制备成混合基质膜，将膜裁剪成一个机械爪。
17、进一步，所述的柔性mofs材料应用于致动器领域，包括步骤：将机械爪伸入装有二氯甲烷的瓶子，机械爪迅速闭合，抓起物体；当机械爪离开瓶子后，脱离二氯甲烷蒸气氛围，机械爪张开，释放物体。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
19、本专利技术发现具有溶剂响应的柔性mofs材料的制备方法，相比于其它研究中的mofs材料，此方案具有普适性，操作简单，易于合成。
20、本专利技术制得的溶剂响应型柔性mofs材料实现了在外界刺激下快速、精确、有效地将化学能转化为机械能的过程，具有极其重要的研究价值。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种溶剂响应型柔性MOFs材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：设计合成柔性配体L1：将1,1,1-三(羟甲基)乙烷与对甲苯磺酰氯在吡啶溶剂中进行室温反应，得到粗产物1，将粗产物1经过滤、干燥，得到中间体C，将中间体C与4-羟基吡啶和碳酸钾在N,N-二甲基甲酰胺中进行加热回流反应，得到粗产物2，对粗产物2经萃取、干燥后得到配体L1；制备柔性MOFs材料：将配体L1、4,4’-二苯乙烯二羧酸和二水乙酸锌在DMF溶剂中进行烘箱加热反应，得到初产物，初产物经过滤、洗涤、干燥后得到柔性MOFs产物LHMOF-4。
2.一种柔性MOFs致动器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：柔性MOFs产物LHMOF-4与聚偏二氟乙烯均匀分散于DMF，用刮膜装置将混合物均匀地刮在玻璃板上，将混合物烘干、洗涤、干燥后得到柔性MOFs致动器LHMOF-4@PVDF。
3.根据权利要求1所述的一种溶剂响应型柔性MOFs材料的制备方法，其特征在于，所述步骤中：配体L1与二水乙酸锌的摩尔比为1:1.25。
4.根据权利要求1所述的一种溶剂响应型柔性MOFs材料的制备方
5.根据权利要求1所述的一种溶剂响应型柔性MOFs材料的制备方法，其特征在于，所述步骤中：MOFs材料的合成采用60℃烘箱加热的方式，反应时间为72h。
6.根据权利要求2所述的一种柔性MOFs致动器的制备方法，其特征在于，所述步骤中：MOFs与聚偏二氟乙烯的摩尔比为1:1。
7.根据权利要求1所述的一种溶剂响应型柔性MOFs材料的制备方法，其特征在于，新鲜合成的柔性MOFs产物形貌为圆形片状晶体。
8.根据权利要求1所述的一种溶剂响应型柔性MOFs材料的制备方法，其特征在于，所述柔性MOFs产物LHMOF-4，对其进行有机溶剂蒸气刺激后，会发生结构转变，包括：将新鲜合成的柔性MOFs产物LHMOF-4置于二氯甲烷蒸气氛围中，晶体结构发生改变，且经DMF浸泡24h后可恢复初始结构。
9.根据权利要求2所述的一种柔性MOFs致动器的制备方法，其特征在于，所述柔性MOFs致动器LHMOF-4@PVDF应用于智能MOFs驱动器的制备，智能MOFs驱动器包括机械爪、仿生机器人与人造肌肉。
10.根据权利要求2所述的一种柔性MOFs致动器的制备方法，其特征在于，该方法应用于柔性MOFs致动器中，包括：将柔性MOFs膜材料裁剪成一个机械爪，当机械爪在二氯甲烷氛围中，机械爪迅速闭合，抓起一块泡沫；当机械爪离开瓶子后，脱离二氯甲烷蒸气氛围，机械爪恢复张开，释放泡沫，实现了将二氯甲烷挥发所释放的化学能转化为机械能的过程。
...【技术特征摘要】
1.一种溶剂响应型柔性mofs材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：设计合成柔性配体l1：将1,1,1-三(羟甲基)乙烷与对甲苯磺酰氯在吡啶溶剂中进行室温反应，得到粗产物1，将粗产物1经过滤、干燥，得到中间体c，将中间体c与4-羟基吡啶和碳酸钾在n,n-二甲基甲酰胺中进行加热回流反应，得到粗产物2，对粗产物2经萃取、干燥后得到配体l1；制备柔性mofs材料：将配体l1、4,4’-二苯乙烯二羧酸和二水乙酸锌在dmf溶剂中进行烘箱加热反应，得到初产物，初产物经过滤、洗涤、干燥后得到柔性mofs产物lhmof-4。
2.一种柔性mofs致动器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：柔性mofs产物lhmof-4与聚偏二氟乙烯均匀分散于dmf，用刮膜装置将混合物均匀地刮在玻璃板上，将混合物烘干、洗涤、干燥后得到柔性mofs致动器lhmof-4@pvdf。
3.根据权利要求1所述的一种溶剂响应型柔性mofs材料的制备方法，其特征在于，所述步骤中：配体l1与二水乙酸锌的摩尔比为1:1.25。
4.根据权利要求1所述的一种溶剂响应型柔性mofs材料的制备方法，其特征在于，所述步骤中：mofs材料的合成方法采用溶剂热法。
5.根据权利要求1所述的一种溶剂响应型柔性mofs材料的制备方法，其特征在于，所述步骤中：mofs材料的合...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。