CN104278352A - 一种磁场响应型纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁场响应型纤维的制备方法，包括利用二茂铁、丙酮、过氧化氢为原料，通过水热反应制备四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米颗粒，并将其分散到乙二醇中形成分散液；将分散液与一定量的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和二甲基硅油均匀混合得到高分子单体乳液(Fe₃O₄/PDMS)；然后利用微注射泵将高分子单体乳液注入到一定直径的玻璃毛细管中，在一定温度下固化一段时间，将纤维从毛细管中取出，得到一种对磁场具有响应型的纤维。所制备的纤维在外加磁场作用下能够变为红色，去除外界磁场后，纤维能够恢复其原来的颜色。该纤维能够在不使用特殊仪器设备的前提下实现对磁场检测，并在智能检测材料的制备领域具有重要的应用价值。

Description

一种磁场响应型纤维的制备方法

技术领域

本发明属于智能检测器件材料的制备领域，特别涉及一种磁场响应型纤维的制备方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的进步，纤维开始由简单的用于纺织行业向一些智能的、可穿戴器件的应用领域发展，尽管这种发展还处在萌芽之中，但已经引起了国内外学者的广泛兴趣。例如Xiangyang Liu等人在Advanced Functional Materials Vol.23(2013)pp.5373-5380中就报道了将蚕丝纤维溶解后形成蚕丝溶液并且将其和胶体微球组装的光子晶体结构复合，从而获得具有结构色的纤维织物，并将这种结构色纤维织物用于湿度的检测，实现了纤维对外界环境的智能性响应；Mathias Kolle等人在Advanced Materials Vol.25(2013)pp.2239-2245中报道了一种应力感应型纤维的制备方法，这种纤维可以根据所受外力大小的不同产生响应的颜色变化，从而实现对外力的响应。

自然界中，很多生物可以根据外界环境的变化来改变身体的颜色，像我们熟知的变色龙以及生活在海底的乌贼，它们之所以能够随外界环境的变化而改变自身的颜色，是和它们特殊的皮肤构造分不开的。例如在乌贼皮肤中，有数百万个红、黄、蓝、黑的色素细胞，乌贼可以在1～2s内做出反应，通过改变这些色素囊的大小来改变自身的颜色，以便适应环境，逃避敌害。它在接到来自大脑的电脉冲后，通过收缩肌肉来展示或隐藏分布在不同层次上的色素囊，从而实现了身体体色的变化。

生活中，我们时不时的会接触到一些强磁场，而这些磁场在不使用专业的设备的情况下是很难被察觉的，从而危害人的身体和大脑。如何通过一种简单的方法来检测这些强磁场。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁场响应型纤维的制备方法。该纤维的制备方法在智能检测材料的制备领域具有重要的应用，能够通过纤维的显色实现对外界磁场的检测，可用于制备对外界磁场具有检测作用的器件。

本发明提供了一种磁场响应型纤维的制备方法，是通过纤维内部的磁性四氧化三铁纳米微球在外界磁场下定向排列形成光子晶体结构，从而控制光在其中的传播，表现为纤维颜色的变化，达到对磁场的检测目的。

以二茂铁、丙酮、双氧水为原料，通过水热反应制备四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米颗粒，并将其分散到乙二醇中形成分散液；将分散液与一定量的PDMS和二甲基硅油均匀混合得到高分子单体乳液(Fe₃O₄/PDMS)；然后利用微注射泵将高分子单体乳注入到微通道中，在一定温度下固化一段时间，然后将纤维取出，得到了一种对磁场具有响应型的纤维。

由此可见，本发明涉及的一种磁场响应型纤维的制备方法的具体步骤，详述如下：

以二茂铁、丙酮、双氧水为原料，通过水热反应制备粒径大约为260nm～320nm四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米颗粒，经过丙酮洗涤三次后，将其分散到乙二醇中形成5mg/ml～10mg/ml的分散液；将分散液与2g～5g的PDMS和二甲基硅油(PDMS与二甲基硅油的混合的质量比例为9∶1～6∶4)均匀混合得到高分子单体乳液(Fe₃O₄/PDMS)；然后利用微注射泵将高分子单体乳注入到直径为150μm～500μm的玻璃毛细管中，然后在60℃～90℃下固化30min～90min，得到了一种对磁场具有响应性的纤维。

有益效果

(1)本发明方法简便易行，对制备具有外界响应型的一些特殊材料具有重要的参考价值。

(2)本发明所制备的磁场响应型纤维，在不借助专业设备的前提下能够通过显色达到对外界磁场的检测，节约了磁场检测上的成本。

(3)本发明所制备的磁场响应型纤维，依靠其内部结构在外界磁场作用下形成特殊的光子晶体结构而显色，不需要外界对其提供能源，达到了节约能源的目的。

(4)本发明所制备的磁场响应型纤维，能够通过纤维的显色实现对外界磁场的检测，在智能服装材料的制备领域具有重要的应用。

附图说明

图1Fe₃O₄纳米微球在磁场作用下的显色图片以及XRD图；

图2磁场响应型纤维在无/有磁场下的颜色变化；

图3纤维表面及断面的SEM图片(其中a为表面，b为断面)；

图4磁场响应型纤维变色机理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

以二茂铁、丙酮、过氧化氢为起始原料，利用水热反应制备得到粒径为280nm的四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米微球，然后经过丙酮洗涤三次，将其分散到乙二醇中，形成质量浓度为5mg/ml的分散液；将1.8g聚二甲基硅氧烷(PDMS)和0.2g二甲基硅油混合，加入0.5ml四氧化三铁纳米球在乙二醇中的分散液，搅拌均匀后形成新的分散液。将新得到的分散液采用微注射泵注入到直径为150μm的玻璃毛细管中，在60℃的烘箱中固化90min中。固化完成后，将纤维从玻璃毛细管中取出，即得到磁场响应型的纤维。图1为制备得到的四氧化三铁纳米微球分散在乙二醇溶液中在无/有磁场作用下颜色的变化以及其所对应的XRD图；图2为制备得到的磁场响应型纤维在磁场作用前后颜色变化的对比图片；图4为该纤维显色的机理图：乙二醇在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中以液滴的形式存在，而分散在乙二醇中的四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米微球在没有外加磁场的作用时无序的分散在其中，当施加外加磁场后，这些四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米微球就会定向排列形成光子晶体结构，从而控制光在其中的传播，表现为纤维颜色的变化。

实施例2

以二茂铁、丙酮、过氧化氢为起始原料，利用水热反应制备得到粒径为260nm的四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米微球，然后经过丙酮洗涤三次，将其分散到乙二醇中，形成质量浓度为8mg/ml的分散液；将1.6g聚二甲基硅氧烷(PDMS)和0.4g二甲基硅油混合，加入1ml四氧化三铁纳米球在乙二醇中的分散液，搅拌均匀后形成新的分散液。将新得到的分散液采用微注射泵注入到直径为500μm的玻璃毛细管中，在75℃的烘箱中固化75min中。固化完成后，将纤维从玻璃毛细管中取出，即得到磁场响应型的纤维。图3为制备得到的磁场响应型纤维的表面及断面的SEM图片。

实施例3

以二茂铁、丙酮、过氧化氢为起始原料，利用水热反应制备得到粒径为300nm的四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米微球，然后经过丙酮洗涤三次，将其分散到乙二醇中，形成质量浓度为10mg/ml的分散液；将1.4g聚二甲基硅氧烷(PDMS)和0.6g二甲基硅油混合，加入1.5ml四氧化三铁纳米球在乙二醇中的分散液，搅拌均匀后形成新的分散液。将新得到的分散液采用微注射泵注入到直径为300μm的玻璃毛细管中，在90℃的烘箱中固化60min中。固化完成后，将纤维从玻璃毛细管中取出，即得到磁场响应型的纤维。

Claims (6)

1.一种磁场响应型纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)以二茂铁、丙酮、过氧化氢为起始原料，利用水热反应得到四氧化三铁Fe₃O₄纳米微球，经过丙酮洗涤然后与乙二醇混合，得到分散液；

(2)将二甲基硅油和聚二甲基硅氧烷PDMS混合，然后将(1)中分散液加入其中，利用磁力搅拌器搅拌均匀，形成新的分散液；

(3)将新得到的分散液注入到玻璃毛细管中，固化，从毛细管中取出，得到具有磁场响应性的智能纤维。

2.如权利要求1所述的一种磁场响应型纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的水热合成得到的四氧化三铁Fe₃O₄纳米微球的粒径介于260nm～320nm之间。

3.如权利要求1所述的一种磁场响应型纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的四氧化三铁Fe₃O₄在乙二醇中形成分散液的质量浓度为5mg/ml～10mg/ml。

4.如权利要求1所述的一种磁场响应型纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的二甲基硅油和聚二甲基硅氧烷PDMS的质量比为4∶6～1∶9。

5.根据权利要求1所述的一种磁场响应型纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的加入到聚二甲基硅氧烷和二甲基硅油混合物中的四氧化三铁在乙二醇中的分散液的体积分数为20％～50％。

6.根据权利要求1所述的一种磁场响应型纤维的制备方法，其特征在于：步骤(3)所选取的毛细管的直径为150μm～500μm，固化温度为60℃～90℃，固化时间为30min～90m。