[發明專利]一種實時監測粒子在外場下取向程度的方法

在審

• 申請號: 201811518343.1
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109632724A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 陳玉偉;張建明;劉玉紅;王羽佳;楊吉穎;張白浪;李金博;段詠欣
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59;C08L83/04;C08K3/04;C08J5/18
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團代

本發明提供了一種可以實時監測可流動介質中的粒子在電場下取向程度的方法。通過透光率檢測裝置和電場發生裝置的組合設計，從而實現實時監測可流動介質中粒子的運動狀態造成的透光率的變化，通過透光率的變化，可準確推斷粒子在介質中是否發生了取向。

【技術領域】

本發明涉及復合材料薄膜技術領域，特別涉及外場輔助制備各向異性復合材料膜加工過程中的監測技術領域。

【背景技術】

當粒子填料在聚合物基體中取向排列后,制備的復合材料具有結構上的各向異性,從而使復合材料具有各向異性性能，如光學性能、機械性能、電學性能和熱性能等。近年來，通過電場作為外場力誘導粒子在可流動介質中取向排列制備有序結構材料得到科學工作者的廣泛研究并取得了一定的進展，例如：專利號為CN102831992的中國發明專利利用電場誘導蒙脫土在熔融聚乙烯中排列取向。

隨著技術的發展與經驗的積累，人們通過分析電場誘導取向排列的機理,以及在電場作用下不同形狀的粒子的運動機理，并結合電場誘導取向排列的影響因素，認為粒子在電場作用下的取向排列是電場極化作用與粒子的熱運動競爭的過程，并掌握利用電場場誘導粒子取向技術，成功制備一系列具有特殊性能和效應的復合材料。這些復合材料在實際應用中，因為具有各向異性的優勢得到了廣泛推廣。北京航空航天大學劉明杰教授[1]等人綜述了具有高度取向納米復合結構水凝膠的最新研究進展，相較于沒有取向的水凝膠，結合高度取向結構的水凝膠在耐磨損性能上得到了大幅度的提升，并且與人體組織更相似，因此目前取向排列正推動納米復合水凝膠向具有各向異性的生物軟組織材料發展。相類似的還有過去幾年流行的智能高分子材料[2]，這種材料在均勻的磁場或電場中制得，在制備過程中由于產生了偶極子，使粒子間存在極強的相互作用從而形成粒子首尾相連的鏈狀結構，整體在材料中呈“一”字狀排列，產生各向異性。制得的材料相較于普通材料可在磁場、電場中彎曲，響應電場和磁場作用，滿足實際生活中需要。

現階段，針對這類材料表面形貌研究方法眾多，例如：掃描電鏡，透射電鏡，原子力顯微鏡等，但這些方法都要求先制備樣品而后對樣品進行表征，無法在實際制備中實時監測粒子受電場誘導在可流動介質中定向排列程度，在生產應用中存在諸多不便，特別是在工廠生產中，由于無法實時監測粒子取向程度，造成原料粒子大量浪費，制備時間延長等問題，一定程度上阻礙了特殊結構材料的發展與應用。

通過光反射原理得知，對無規分散在基體中的粒子施加入射光照射，光線在很大程度上被粒子阻擋而產生反射，導致材料的透光率降低。但當粒子取向排列后，光線可以在取向方向被反射的概率降低，材料的透光率增強，早在1998年，Bianca等[3]就利用電光技術，獲得了金粒子在不同分散狀態下的分散光譜圖像，并研究了其粒子取向情況。本技術專利基于這種理論，利用取向排列材料在光學性能所表現出的各向異性，并通過實時監測取向方向材料透光率的變化間接表征材料取向程度的大小。實際實驗證明：透光率高時，樣品粒子取向程度高，反之，樣品粒子取向程度則低，同時，通過透光率變化分析樣品粒子取向程度所得結果與顯微鏡觀察所得實際情況無異，具有較高的準確性與可靠性，可在實際研究和制備中應用并推廣。

由于粒子在外場誘導下可在可流動介質中進行取向排列從而獲得有序結構，因此該項技術在具有特殊結構的復合材料領域尤其是納米復合材料制備領域具有一定發展潛力，而這種復合材料又推動了藥劑制備、精細化工生產及日化用品的革新與發展。結合透光率與材料取向程度的關系，本技術專利公開了上述實時監測可流動介質中粒子取向程度的方法，具體步驟如下：

(1)設計安裝電場或磁場誘導實驗裝置，并配備透光率檢測裝置及樣品池。

(2)打開電場控制器，在顯微鏡下通過外加電場對樣品池內處于可流動介質中粒子進行誘導實驗，實時檢測透光率變化。

(3)結合透光率變化分析得出樣品粒子實時的取向程度。

(4)將所得結果與顯微鏡觀察所得進行比較，并討論研究