[發明專利]有序取向排列的磁性纖維薄膜的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202211641025.0
• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號: CN115926221A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 嚴坤;王棟;周開洋
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L5/08;C08L5/04;C08L89/00;C08L1/02;C08K3/22;A61K9/70;A61K47/36;A61K47/38;A61K47/42;A61K47/02;A61K41/00
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 廖艷芬

本發明提供了一種有序取向排列的磁性纖維薄膜的制備方法及應用，將聚合物水溶液與磁性納米顆粒混合，再采用電沉積法和磁場法雙重誘導薄膜和磁性納米顆粒的組裝過程，最后將薄膜浸泡固化，即得有序取向排列的磁性纖維薄膜。本發明的磁性納米顆粒表面與聚合物分子鏈分別攜帶相反電荷，兩者通過靜電作用自組裝形成聚合物/磁顆粒納米團簇，并在電場和磁場的雙重作用下，通過通電?斷電震蕩電信號，對薄膜和磁性納米顆粒組裝過程進行相對調控，使薄膜間歇性多步生長，同時實現了磁性納米顆粒在薄膜中的多步富集組裝，制備出有序取向排列的磁性纖維薄膜；同時實現了對薄膜生成厚度以及磁性納米顆粒含量的有效控制，提升了磁性薄膜的整體性能。

技術領域

本發明涉及磁性薄膜材料技術領域，尤其涉及一種有序取向排列的磁性纖維薄膜的制備方法及應用。

背景技術

磁性復合膜材料在磁光電等多場智能傳感、驅動及醫療領域具有廣泛用途。目前，制備磁性復合膜材料常用的方法是通過向聚合物前驅液內加入磁性納米材料，然后在外界物理化學作用下，使聚合物交聯并將磁性納米材料包埋在薄膜內，形成復合磁性薄膜材料。例如：發明專利(申請號為CN201710486163.9)公開了一種負載取向氧化鋅納米棒的纖維膜的制備方法，將高分子聚合物、醋酸鋅溶于有機溶劑，向其中加入磁性納米顆粒，混勻后得到靜電紡絲溶液，通過磁場輔助靜電紡絲技術制得有序的高分子聚合物/醋酸鋅/磁性納米顆粒纖維；并將纖維進行低溫熱處理，最后通過水熱法制備負載取向氧化鋅納米棒的纖維膜。但是，此種方法以及目前采用相似方法制備磁性薄膜，一般會存在以下缺點：

(1)為了提高復合膜的磁響應性，通常依靠增加磁性納米材料的濃度來實現，然而磁性納米材料的熱不穩定性較差，容易聚集，其在聚合物薄膜內分布不均勻，濃度過高會進一步加劇其聚沉或導致聚合物分子無法充分交聯成膜，使制備的薄膜材料不均勻且力學性能大幅降低。

(2)通過外加磁場誘導磁性納米顆粒沿磁場線有序排列，雖然可在一定程度提高其某些方面的性能，但磁性顆粒在磁場作用下響應速度較快，而聚合物交聯成膜的過程相對較慢，所以無法有效控制其成膜過程與磁性顆粒組裝排列同時有序進行，會導致薄膜上下表面區域顆粒分布差異較大。

(3)硬度較高的無機磁性納米材料和聚合物分子之間界面相容性較差，作用力較弱，對其復合膜整體性能提升也有限制。

因此，現有技術中亟需一種可以在控制磁性納米顆粒組裝的同時實現對聚合物交聯過程精確有效控制的磁性復合膜制備方法，且制備的磁性薄膜材料結構均勻、力學性能及綜合性能良好。

有鑒于此，有必要設計一種改進的有序取向排列的磁性纖維薄膜的制備方法及應用，以解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有序取向排列的磁性纖維薄膜的制備方法及應用，選用表面帶電荷聚合物與磁性納米顆粒，兩者通過靜電作用自組裝形成聚合物/磁顆粒納米團簇，并繼續在多場作用下，通過通電-斷電模式對電/磁場誘導組裝過程進行相對調控，制備出有序取向排列的磁性纖維薄膜，該薄膜材料具有更好的磁響應性、均勻取向的纖維狀結構以及優異的力學性能。

為實現上述發明目的，本發明提供了一種有序取向排列的磁性纖維薄膜制備方法，包括以下步驟：

S1、制備聚合物水溶液，該聚合物為分子鏈帶電荷的天然高分子聚合物；

S2、向步驟S1的所述聚合物水溶液中加入磁性納米顆粒，磁力攪拌0.5～4h，再超聲處理20～40min，得到含有納米團簇的前驅體液；所述磁性納米顆粒表面帶有與所述聚合物的分子鏈電荷相反的電荷；

S3、采用電沉積法和磁場法雙重誘導薄膜和磁性納米顆粒的組裝過程；所述電沉積法采用震蕩恒電流模式，利用通電-斷電的震蕩電信號調控薄膜和磁性納米顆粒的組裝；所述磁場法為通過外加磁場的方式誘導組裝過程；

S4、將經過步驟S3后得到的薄膜浸泡于固化劑中浸泡固化，清洗后即得有序取向排列的磁性纖維薄膜。