一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶及其制备方法

技术特征：
1.一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，以聚氨酯/氧化铋纳米纤维膜为“泥”组分，以氧化钆纳米片为“砖”组分，通过逐层堆叠制备仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶。2.根据权利要求1所述的一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：利用小分子配体对氧化铋纳米粒子进行表面疏水修饰，得到改性氧化铋纳米颗粒，结合微射流高压均质法和机械搅拌将改性氧化铋纳米颗粒均质分散在溶剂中，得到分散液，其中所述改性氧化铋纳米颗粒含量为1wt％～15wt％；第二步：利用梯度超声分散法，边超声搅拌边向第一步所得分散液中加入聚氨酯聚合物切片，得到均质稳定的纺丝液，其中所述聚氨酯含量为10wt％～30wt％；第三步：利用高温静电纺丝工艺对第二步所得纺丝液进行纺丝，得到形貌均匀的聚氨酯/氧化铋纳米纤维膜；第四步：将第三步所得聚氨酯/氧化铋纳米纤维膜浸入阳离子表面活性剂中，赋予纤维膜正电荷，得到正电荷聚氨酯/氧化铋纳米纤维膜；第五步：利用氧化钆粉末的共沉淀法制备得到氧化钆纳米片，将所得氧化钆纳米片和水性六亚甲基二异氰酸酯交联剂在水中分散，高速搅拌2h后，获得均质分散的水性浸渍液；第六步：将第四步所得正电荷聚氨酯/氧化铋纳米纤维膜剪切后在第五步所得水性浸渍液中逐层堆叠、超声浸泡，得到纤维膜浸渍液；第七步：将第六步所得纤维膜浸渍液在模具中预冷冻10～30min，待其完全冻结后从模具中取出，在冷冻设备中经低温冷冻干燥10～24h后得到长程有序层状波浪形的块状纳米纤维集合体；第八步：将第七步所得块状纳米纤维集合体在加热设备中升温至140℃并保温，在层间纤维建立稳定的交联点，得到具有良好力学性能和x射线屏蔽性能的仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶。3.根据权利要求2所述的一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，所述第一步中，所述溶剂为dmf；所述氧化铋纳米粒子的平均粒径为50nm；所述小分子配体为氟-二(丙-2-基氧基)-巯基膦烷、二甲氧基-[(2-甲基-1,3-氧硫杂环戊烷-2-基)甲硫基]-巯基膦烷、二甲氧基-[(2-甲基-1,3-氧硫杂环戊烷-2-基)甲硫基]-巯基膦烷、二甲氧基-[(2-甲基-1,3-氧硫杂环戊烷-2-基)甲硫基]-巯基膦烷、1-氯-4-[(4-氯苯基)巯基甲基]苯、硫代苯酚、1,3-丙二硫醇、1,4-丁二硫醇的一种或几种的组合；所述微射流高压均质法是指在溶液中设置纳米搅拌源，利用纳米搅拌源产生多个微小紊流区；所述纳米搅拌源的个数为3～5个。4.根据权利要求2所述的一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，所述第二步中，所述梯度超声法是在加入聚氨酯聚合物切片的过程中超声频率梯度增大；所述梯度的个数为3个，所述梯度为20hz。5.根据权利要求2所述的一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，所述第三步中，所述高温静电纺丝工艺是在射流牵伸区域设置实时加热片；所述射流牵伸区域温度为35～50℃；
所述聚氨酯/氧化铋纳米纤维膜的厚度为30～50μm，纤维直径为200～300nm。6.根据权利要求2所述的一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，所述第四步中，所述阳离子表面活性剂为乙酸十二烷基铵、乙酸十八烷基铵、聚烯丙基胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酰胺的一种或几种的组合；所述氧化钆粉末的粒径为50～500nm。7.根据权利要求2所述的一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，所述第五步中，所述水性六亚甲基二异氰酸酯交联剂的添加量为0.5wt％～5wt％；所述高速搅拌的转速为200～2000rad/min。8.根据权利要求2所述的一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，所述第六步中，所述正电荷聚氨酯/氧化铋纳米纤维膜厚度为50μm～200μm；所述剪切的方式为自动定长裁剪，将纤维膜裁剪成相同尺寸的形状；所述超声浸泡的时间为30～90min，所述超声浸泡的浴比为1：50～1：200。9.根据权利要求2所述的一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，所述第七步中，所述预冷冻的方式为液氮、冰箱、冷冻干燥机的一种；所述第七步中，所述冷冻设备为真空冷冻干燥机；所述真空冷冻干燥机的冷板温度≤-20℃，冷阱温度≤-50℃，真空度≤100pa；所述第八步中，所述加热设备为烘箱，所述烘箱为鼓风烘箱或真空烘箱；所述升温速率为5℃/mn～20℃/min；所述第八步中，所述保温的时间为0.5～2h。10.一种如权利要求1-9任一项所述制备方法制备得到的仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶，其特征在于，具有仿软体动物壳的“泥-砖”长程有序多层波浪结构。

技术总结
本发明涉及一种仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶及其制备方法，以聚氨酯/氧化铋纳米纤维膜为“泥”组分，以氧化钆纳米片为“砖”组分，通过逐层堆叠制备仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶，制备得到的仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶具有仿软体动物壳的“泥-砖”长程有序多层波浪结构。与现有技术相比，本发明提供的仿生结构的核防护纳米纤维气凝胶对150keV以下的X射线屏蔽效率可达90％以上，且具有可拉伸性能，可规模化应用，具有较好的普适性。具有较好的普适性。具有较好的普适性。


技术研发人员：斯阳 徐丽 黄莉茜 丁彬 俞建勇
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：2022.08.26
技术公布日：2022/12/16