[發明專利]一種磁性纖維材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010025304.9
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111155197B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 王林格;賈毅凡;于倩倩;吳恙
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: D01F6/92
• 分類號: D01F6/92;D01F1/10;D01F6/94;D01F6/44;D01F6/50
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅嘯秋

本發明屬于功能纖維材料領域，公開了一種磁性纖維材料及其制備方法和應用。將高分子與磁性負載物原料溶解于溶劑中，得到紡絲溶液；在凝固浴溶劑中加入與磁性負載物原料反應的溶質成分，得到反應性凝固浴溶液；將紡絲溶液通過靜電紡絲，并以反應性凝固浴溶液收集纖維，使纖維中的磁性負載物原料與反應性凝固浴溶液中的溶質原位反應，得到磁性纖維材料。本發明方法不需要額外添加納米材料分散劑，可在纖維內原位反應生成磁性材料，紡絲過程與磁性材料合成過程同步完成，可以有效避免磁性材料的團聚，制備得到已公開技術無法實現的單分子(或單原子)分散的柔性磁性纖維，單分子分散的磁性材料具有更佳的磁性能。

技術領域

本發明屬于功能纖維材料領域，具體涉及一種磁性纖維材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著磁性材料的發展與進步，其已經成為國民經濟和人類社會重要的基礎材料。物質在受到外磁場的作用后，可以感生出與外磁場相關的磁場，感生磁場的方向與外磁場平行，其強度被稱為磁場強度M，外磁場的強度被稱為磁化強度H。通常采用X＝M/H來衡量該種物質的磁性能。

根據X的數值大小與正負關系，及其在不同H下的變化情況，物質可大致被分為抗磁材料、順磁性材料、鐵磁性材料、反鐵磁性材料、亞鐵磁性材料、超順磁性材料。其中順磁性材料與超順磁性材料由于其獨特的性能已經被應用于微波放大器、核磁共振成像技術、電子順磁共振成像技術、生物學氧測試(測氧儀)等。然而由于原理的限制，優秀的磁性材料都必須以金屬元素來制備，因此一直以來，材料的磁性能都僅能夠通過無機物或有機無機化合物賦予。

隨著磁性材料的廣泛使用，具有柔性的磁性材料漸漸為實際生產生活所需要。通過柔性的材料來負載具有磁性能的無機材料制備復合材料，是賦予磁性材料柔性的可行手段。然而這一負載過程中，無機材料的形貌與其在柔性材料中的分布情況是影響復合材料性能與應用范圍的重要參數。特別是順磁性與超順磁性材料，它們的性能在材料尺寸縮小至納米尺度時會發生巨大變化，微小的尺寸與形貌改變將會極大地影響磁性能。

纖維由于具有極大的長徑比，常常能表現出優良的柔性。靜電紡絲技術能夠連續生產直徑在亞微米甚至納米級的高分子纖維，纖維直徑可控，具有較大的比表面積，顯現出很好的功能特性，并且由于其簡單的實驗裝置、較低的成本、較高的產量和易于控制等優點，多年來受到了廣泛地研究。其相較于傳統紡絲方法，由于不需要經過噴絲濾頭等結構，因此該技術允許在紡絲原料中加入不溶或難溶的組分，是制備有機/無機柔性復合材料的絕佳手段。然而由于三個原因的存在：(1)絕大多數的磁性粒子難于溶解在有機物(高分子)的溶液當中；(2)小尺寸(如納米級)的顆粒由于具有較高的表面能，在紡絲過程中容易團聚為大的顆粒；(3)磁性材料之間互相吸引、容易團聚。導致靜電紡絲后，原先在溶液中分散好的磁性材料團聚。特別是順磁性與超順磁性材料對材料尺寸更為敏感，微小的尺寸變化，會帶來巨大的磁性能變化。對于當前技術而言，靜電紡絲的過程中，溶劑快速從溶液中揮發以實現纖維的固化。然而在紡絲結束后，電紡纖維仍然處于濕潤的狀態(即有殘余溶劑)。雖然此時纖維材料已經從溶液中析出，但殘余溶劑的存在仍然可以使得纖維材料以及纖維負載物獲得足夠的運動能力而使得小尺寸粒子發生團聚，從而不能獲得更小尺度的磁性材料。因此，磁性纖維類材料通過靜電紡絲技術加工時，如何獲得更小的磁性材料尺寸(納米、亞納米、分子級、原子級)，以提高材料的磁性能，是本發明擬解決的技術問題。

發明內容

針對以上已公開技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種磁性纖維材料的制備方法。本發明提供了一種靜電紡絲原位合成磁性材料的方法，使得磁性材料在靜電紡得到的纖維中實現單分子(或單原子)級別的分散，以獲得更佳的磁性能。同時保持纖維所帶來的材料的柔性、高孔隙率、高比表面積等性能。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的磁性纖維材料。

本發明的再一目的在于提供上述磁性纖維材料在磁共振成像材料、磁記錄材料、磁致冷材料、磁致伸縮材料或磁致發光材料中的應用。