CN109694580A - 一种表面粗糙度可控的磁敏材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种表面粗糙度可控的磁敏材料及其制备方法，通过调节磁敏材料的组成其表面粗糙度可调性好，能根据材料或组成器件在不同时刻、不同工况下的需求，通过调节磁场，触发材料内部磁性颗粒间的相互作用，从而改变磁敏材料或其组成器件表面粗糙度的大小，并且磁场撤销后表面能够迅速恢复初始的粗糙度，其优异性在于存在初始表面粗糙度临界值，并且能够通过有限元建模分析有效确定临界值范围，使得在临界值上下材料或组成器件表面粗糙度受磁场调控的效果截然不同，且加入了导热填料，增强了材料或组成器件的散热性能。本发明制备的磁敏材料可用于摩擦、粘附、机械、车辆、航空、航天等领域，例如攀爬机器人的手足掌、智能抓取装置、汽车轮胎等。

Description

一种表面粗糙度可控的磁敏材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于表面工程技术领域，具体涉及一种表面粗糙度可控的磁敏材料及其制备方法和应用。
背景技术
物体在运动过程中，时常发出噪音，产生振动或造成磨损等一系列负面影响，而大多数类似的情形是由于材料接触表面粗糙，不够光滑所致。严重时，更是导致器件表面撕裂，危及整个器件的寿命。然而，在粘附等领域中，材料接触表面具备一定的粗糙度能够带来更好的粘附效果。因此，材料表面工程技术成为了近年来研究的热点，正确地规定和控制表面形貌有助于提高材料的稳定性及其组成器件的运行性能。
传统的表面处理方式包括表面改性、表面织构、添加润滑剂等。表面改性技术主要是通过化学或物理手段对材料表面进行处理来提高材料表面的耐磨性、抗腐蚀性等；表面织构技术主要通过特定模具在材料表面加工出具有一定尺寸、形状和排列的微小结构阵列，近年来仿生表面织构技术发展迅猛，显著提高了材料的界面性能；添加润滑剂主要用来改善材料表面的润滑性能。现有的表面调控方式与应用多数还是被动的调控机制，一旦表面形成将无法做出改变，无法根据不同需求对表面进行自适应调控，从而极大地限制了材料在复杂环境中的应用。因此，探究一种可控且可逆的表面处理方式对进一步实现材料或器件的智能化具有重要的工程价值。
随着现代科技的进步，通过电解、激光、温度、磁场、电场等外部刺激来改变材料表面特性的新技术逐渐诞生，这类方式具备无需接触、连续可调且可逆等优点。
因此，有必要开发一种磁敏材料，使磁敏材料的表面粗糙度能够根据使用环境对粗糙度的需求而变化，使满足实际应用中对接触面粗糙度的不同要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种表面粗糙度可控的磁敏材料；本发明的目的之二在于提供一种表面粗糙度可控的磁敏材料的制备；本发明的目的之三在于提供一种表面粗糙度可控的磁敏材料在摩擦、粘附、航空、航天领域中的应用。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种表面粗糙度可控的磁敏材料，所述磁敏材料在实际使用中表面粗糙度Ra受磁场强度的影响，所述磁敏材料的初始粗糙度小于临界值Ra0时，提高磁场强度使所述磁敏材料的表面粗糙度Ra变大；所述磁敏材料的初始粗糙度大于临界值Ra0，提高磁场强度使所述磁敏材料的表面粗糙度Ra变小。
优选的，所述Ra0是由磁敏材料的组成决定的固有属性，受磁性颗粒的体积比Φ、聚合物基体的模量M0的影响，通过有限元软件COMSOL Multiphysics建立磁敏材料的微观力-磁-位移多物理场耦合模型，代入磁性颗粒体积比Φ、聚合物基体模量M0参数即可有效确定其范围。
优选的，按照重量百分比计，所述磁敏材料的组成包括：高分子聚合物基体20～60％，磁性颗粒25～65％，导热填料0.5～2％，增塑剂10～20％，分散剂0.4～3％，偶联剂0.5～2％。
优选的，所述高分子聚合物基体包括硅橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、丁晴橡胶、异丁烯橡胶、丙烯酸树脂或者聚氨酯中的任意一种或多种。
优选的，所述高分子聚合物基体还包括硅橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、丁晴橡胶、异丁烯橡胶、丙烯酸树脂或者聚氨酯的衍生物中的任意一种或多种，所述衍生物为接枝物、共聚物或者嵌段物。
优选的，所述磁性颗粒为纯铁颗粒、钴颗粒、羰基铁粉、羰基镍粉、铁纳米线、钴纳米线、镍纳米线中的任意一种或者多种。
优选的，所述导热填料为石墨烯或碳纳米管。
优选的，所述增塑剂为二甲基硅油、邻苯二甲酸酯、壬二酸二辛酯、油酸丁酯、1,2-丙二醇、丙三醇中的一种或多种；所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述分散剂为正己烷或者1,4二氧六环。
2、一种表面粗糙度可控的磁敏材料的制备方法，所述备方法包括以下步骤：
(1)根据用于制备所述磁敏材料的各成分重量配比，分别称取重量百分比为20～60％的高分子聚合物基体、25～65％的磁性颗粒、0.5～2％的导热填料、10～20％增塑剂、0.5～2％偶联剂以及0.4～3％的分散剂；
(2)利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics构建该材料的微观力-磁-位移多物理场耦合模型，在磁场作用下，分析磁性颗粒间的相互作用，找到材料初始表面粗糙度的临界值Ra0，对模具进行特殊处理，从而制备具有不同初始粗糙度表面的磁敏材料；
(3)将步骤(1)称取的导热填料和分散剂混合后再加入高分子聚合物基体，同时进行超声分散处理和机械搅拌，搅拌速度为600rpm，产生分散处理于机械搅拌的时间为15～30min，然后置于90℃真空干燥箱中直至分散剂全部除尽后取出混合物冷却待用；
(4)将步骤(1)中称取的磁性颗粒加入由偶联剂溶液中充分搅拌混合后取出磁性颗粒烘干，得到经过表面处理的磁性颗粒，以增强与基体的相容性；
(5)将步骤(1)称取的增塑剂加入到步骤(3)中冷却后的混合物中并进行机械搅拌；
(6)将步骤(4)中经过表面处理的磁性颗粒加入步骤(5)的产物中，600rpm条件下下机械搅拌10～15min，使其混合均匀；
(7)将步骤(6)的机械搅拌后的混合物进行超声处理以促进气泡上浮，再置于真空度为101Pa的真空干燥箱5～10min，完全除去气泡；
(8)将步骤(7)中完全除去气泡后的混合物倒入经过特殊处理的模具中，密封后直接放置于80℃的真空干燥箱中3h直至固化成型，即可得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料。
优选的，所述高分子聚合物基体含具有固化作用的组分时，将具有固化作用的组分加入到步骤(5)中混合混匀后的混合物中。
优选的，步骤(3)中所述偶联剂溶液的质量分数为0.5～2％；所述偶联剂溶液的制备方法为：将偶联剂加入到纯净水和醇等体积比形成的混合溶剂中，搅拌使其分散均匀。
优选的，步骤(2)中所述特殊处理为在模具底部均匀放置一张与模具大小一致的具备不同表面形貌的砂纸、薄膜、塑料或者硅片。
优选的，所述高分子聚合物基体包括硅橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、丁晴橡胶、异丁烯橡胶、丙烯酸树脂或者聚氨酯中的任意一种或多种。
优选的，所述高分子聚合物基体还包括硅橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、丁晴橡胶、异丁烯橡胶、丙烯酸树脂或者聚氨酯的衍生物中的任意一种或多种，所述衍生物为接枝物、共聚物或者嵌段物。
优选的，所述磁性颗粒为纯铁颗粒、钴颗粒、羰基铁粉、羰基镍粉、铁纳米线、钴纳米线、镍纳米线中的任意一种或者多种。
优选的，所述导热填料为石墨烯或碳纳米管。
优选的，所述增塑剂为二甲基硅油、邻苯二甲酸酯、壬二酸二辛酯、油酸丁酯、1,2-丙二醇、丙三醇中的一种或多种；所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述分散剂为正己烷或者1,4二氧六环。
3、上述一种表面粗糙度可控的磁敏材料在摩擦、粘附、航空、航天领域中的应用。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供了一种表面粗糙度可控的磁敏材料，通过调节磁敏材料的组成及制备方法使磁敏材料的表面粗糙度可调性好，能根据材料或组成器件在不同时刻、不同工况下的需求，通过调节磁场，触发材料内部磁性颗粒间的相互作用，从而改变磁敏材料或其组成器件表面粗糙度的大小，并且磁场撤销后表面能够迅速恢复初始的粗糙度。
2、本发明提供的表面粗糙度可控的磁敏材料的优异性在于存在初始表面粗糙度临界值，并且能够通过有限元建模分析有效确定临界值范围，使得在临界值上下材料或组成器件表面粗糙度受磁场调控的效果截然不同，且加入了导热填料，增强了材料或组成器件的散热性能；可用于摩擦、粘附、机械、车辆、航空、航天等领域，例如攀爬机器人的手足掌、智能抓取装置、汽车轮胎等。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
图1为不同初始表面粗糙度材料的成型过程；
图2为通过本发明制备方法制备得到的一种表面粗糙度可控的磁敏材料；
图3为具有不同磁性颗粒质量比的磁敏材料初始表面粗糙度临界值的有限元分析；
图4为不同质量比的磁性颗粒制备的磁敏材料表面粗糙度随磁场的变化情况。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
1、制备一种初始表面粗糙度小于临界值的粗糙度可控的磁敏材料，制备流程如图1所示：
(1)分别称取硅橡胶A 50g、硅橡胶B 5g、羰基铁粉25g、石墨烯1g、二甲基硅油增塑剂14g、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂2g以及1,4二氧六环分散剂3g，将2gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶于等体积的纯净水和乙醇溶剂中，形成质量分数为2％的偶联剂溶液；
(2)利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics构建该材料的微观力-磁-位移多物理场耦合模型，在磁场作用下，分析磁性颗粒间的相互作用，找到材料初始表面粗糙度的临界值Ra0＝0.5μm，在铝合金模具中放置12000目的砂纸，砂纸目数越大，制备出的材料初始表面粗糙度越小，小于临界值Ra0；
(3)将1g石墨烯和3g 1,4-二氧六环分散剂混合后加入50g硅橡胶A中，同时进行超声分散处理和600rpm转速的机械搅拌30min，然后置于90℃的真空干燥箱中直至分散剂全部除尽后取出混合物冷却待用；
(4)将25g羰基铁粉加入由步骤(1)配制的0.5％的偶联剂溶液中充分搅拌混合后取出磁性颗粒烘干，得到经过表面处理的磁性颗粒，以增强与基体的相容性；
(5)将10g二甲基硅油增塑剂加入到步骤(2)中冷却后的混合物中并进行机械搅拌；
(6)将步骤(3)中经过表面处理的磁性颗粒加入步骤(4)的产物中，600rpm条件下机械搅拌15min，使其混合均匀，再加入5g具有凝固效果的硅橡胶B；
(7)将步骤(5)的机械搅拌后的混合物进行超声处理以促进气泡上浮，再置于真空度为101Pa的真空干燥箱10min，完全除去气泡；
(8)将步骤(7)中完全除去气泡后的混合物倒入模具(模具底部均匀放置一张与模具大小一致的12000目的砂纸)中，密封后直接放置于80℃的真空干燥箱中3h直至固化成型，即可得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料M-1(如图2所示)。
采用同样的制备流程与制备原料，只改变添加原料的质量，制备磁性颗粒质量分数不同的磁敏材料，如表1所示，
表1磁性颗粒质量分数不同的磁敏材料
对由不同质量比的磁性颗粒制备的磁敏材料初始表面粗糙度临界值进行有限元分析，其结果如图3所示，在初始基体模量M0一致的情况下，磁敏材料初始表面粗糙度临界值Ra0随着磁性颗粒质量比的增加而增大。
添加不同的磁场强度时，具有不同的质量比的磁敏材料同样显示出不同的表面粗糙度，如图4中a所示，且均大于初始表面粗糙度，M-1的初始表面粗糙度为0.47μm，在磁场从0变化到200mT时，材料表面粗糙度增大，从0.47μm变化到1.81μm，当磁场强度只有100mT时，材料表面粗糙度为1.30μm，其它如M-2、M-1以及M-3也出现相同的变化情况，即随着磁场强度的增加，制备得到的磁敏材料表面粗糙度的变化率也随之增大。在摩擦、粘附、密封等领域，某些特定工况下，需要材料粗糙度比平时更高，可以根据需要施加特定的磁场来对表面进行调节，达到应用场合需要的值。
实施例2
1、制备一种初始表面粗糙度大于临界值的粗糙度可控的磁敏材料：
(1)分别称取硅橡胶A 50g、硅橡胶B 5g、羰基铁粉25g、石墨烯1g、二甲基硅油增塑剂14g、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂2g以及1,4二氧六环分散剂3g，将2gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶于等体积的纯净水和乙醇溶剂中，形成质量分数为2％的偶联剂溶液；
(2)利用有限元分析软件COMSOLMultiphysics构建该材料的微观力-磁-位移多物理场耦合模型，在磁场作用下，分析磁性颗粒间的相互作用，找到材料初始表面粗糙度的临界值Ra0＝0.5μm，在铝合金模具中放置360目的砂纸，砂纸目数越小，制备出的材料初始表面粗糙度越大，大于临界值Ra0；
(3)将1g石墨烯和3g 1,4-二氧六环分散剂混合后加入50g硅橡胶A中，同时进行超声分散处理和600rpm转速的机械搅拌30min，然后置于90℃的真空干燥箱中2h以上，直至分散剂全部除尽后取出混合物冷却待用；
(4)将25g羰基铁粉加入由步骤(1)配制的质量分数为0.5％的偶联剂溶液中充分搅拌混合后取出磁性颗粒烘干，得到经过表面处理的磁性颗粒，以增强与基体的相容性；
(5)将10g二甲基硅油增塑剂加入到步骤(2)中冷却后的混合物中并进行机械搅拌；
(6)将步骤(3)中经过表面处理的磁性颗粒加入步骤(4)的产物中，600rpm条件下机械搅拌15min，使其混合均匀，再加入5g具有凝固效果的硅橡胶B；
(7)将步骤(5)的机械搅拌后的混合物进行超声处理以促进气泡上浮，再置于真空度为101Pa的真空干燥箱10min，完全除去气泡；
(8)将步骤(7)中完全除去气泡后的混合物倒入模具(模具底部均匀放置一张与模具大小一致的360目的砂纸)中，密封后直接放置于80℃的真空干燥箱中3h直至固化成型，即可得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料M-5。
采用同样的制备流程与制备原料，只改变添加原料的质量，制备磁性颗粒质量分数不同的磁敏材料，如表2所示。
表2磁性颗粒质量分数不同的磁敏材料
添加不同的磁场强度时，具有不同的质量比的磁敏材料同样显示出不同的表面粗糙度，如图4中b所示，且均小于初始表面粗糙度。M-5的初始表面粗糙度为6.26μm，在磁场从0变化到200mT时，材料表面粗糙度减小，从6.26μm变化到4.47μm，当磁场强度只有100mT时，材料表面粗糙度为5.52μm，其它如M-6、M-7以及M-8也出现相同的变化情况，即随着磁场强度的增加，制备得到的磁敏材料表面粗糙度也随之减小。
实施例3
制备一种粗糙度可控的磁敏材料：
(1)分别称取20g天然橡胶、65g纯铁颗粒(质量比为25％)、0.5g碳纳米管导热填料、13.6g邻苯二甲酸酯增塑剂、0.5g乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂以及0.4g正己烷分散剂，将0.5g乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂溶于等体积的纯净水和乙醇溶剂中，形成质量分数为0.5％的偶联剂溶液；
(2)利用有限元分析软件COMSOLMultiphysics构建该材料的微观力-磁-位移多物理场耦合模型，在磁场作用下，分析磁性颗粒间的相互作用，找到材料初始表面粗糙度的临界值Ra0＝0.9μm，在铝合金模具中放置一张与模具大小一致的具备一定表面形貌的薄膜；
(3)将0.5g碳纳米管导热填料和0.4g正己烷分散剂混合后加入20g天然橡胶中，同时进行超声分散处理和600rpm转速的机械搅拌15min，然后置于90℃的真空干燥箱中2h以上，直至分散剂全部除尽后取出混合物冷却待用；
(4)将65g纯铁颗粒加入由步骤(1)配制的质量分数为0.5％的偶联剂溶液中充分搅拌混合后取出磁性颗粒烘干，得到经过表面处理的磁性颗粒，以增强与基体的相容性；
(5)将13.6g邻苯二甲酸酯增塑剂加入到步骤(3)中冷却后的混合物中并进行机械搅拌；
(6)将步骤(4)中经过表面处理的磁性颗粒加入步骤(5)的产物中，600rpm条件下机械搅拌10min；
(7)将步骤(6)的机械搅拌后的混合物进行超声处理以促进气泡上浮，再置于真空度为101Pa的真空干燥箱10min，完全除去气泡；
(8)将步骤(7)中完全除去气泡后的混合物倒入模具(模具底部均匀放置一张与模具大小一致的薄膜)中，密封后直接放置于80℃的真空干燥箱中3h直至固化成型，即可得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料M-9。
将上述步骤中的天然橡胶替换成顺丁橡胶、丁晴橡胶、异丁烯橡胶、丙烯酸树脂或者聚氨酯后采取上述同样的制备流程依然能够得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料。
实施例4
1、制备一种表面粗糙可控的磁敏材料：
(1)分别称取43g壬基酚聚氧乙烯醚接枝顺丁橡胶、30g钴颗粒、2g石墨烯导热填料、20g壬二酸二辛酯增塑剂、2g乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂以及3g 1,4-二氧六环分散剂，将2g乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂溶于等体积的纯净水和乙醇溶剂中，形成质量分数为1％的偶联剂溶液；
(2)利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics构建该材料的微观力-磁-位移多物理场耦合模型，在磁场作用下，分析磁性颗粒间的相互作用，找到材料初始表面粗糙度的临界值Ra0＝1.2μm，在铝合金模具中放置一张与模具大小一致的具备一定表面形貌的塑料；
(3)将2g石墨烯导热填料和3g 1,4二氧六环分散剂混合后加入43g壬基酚聚氧乙烯醚接枝顺丁橡胶中，同时进行超声分散处理和600rpm转速的机械搅拌20min，然后置于90℃的真空干燥箱中2h以上，直至分散剂全部除尽后取出混合物冷却待用；
(4)将30g钴颗粒加入步骤(1)配制的质量分数为1％的偶联剂溶液中充分搅拌混合后取出磁性颗粒烘干，得到经过表面处理的磁性颗粒，以增强与基体的相容性；
(5)将20g壬二酸二辛酯增塑剂加入到步骤(3)中冷却后的混合物中并进行机械搅拌；
(6)将步骤(4)中经过表面处理的磁性颗粒加入步骤(5)的产物中，600rpm条件下机械搅拌12min，使其混合均匀；
(7)将步骤(6)的机械搅拌后的混合物进行超声处理以促进气泡上浮，再置于真空度为101Pa的真空干燥箱8min，完全除去气泡；
(8)将步骤(7)中完全除去气泡后的混合物倒入模具(模具底部均匀放置一张与模具大小一致塑料)中，密封后直接放置于80℃的真空干燥箱中3h直至固化成型，即可得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料M-10。
将上述步骤中的天然橡胶替换成硅橡胶、丁晴橡胶、异丁烯橡胶、丙烯酸树脂或者聚氨酯的接枝物后采取上述同样的制备流程依然能够得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料。
实施例5
制备一种粗糙度可控的磁敏材料：
(1)分别称取60g乙烯基硅橡胶、25g羰基镍粉、2g碳纳米管导热填料、10g油酸丁酯增塑剂、1gγ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷偶联剂以及2g正己烷分散剂，将1gγ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶于等体积的纯净水和乙醇溶剂中，形成质量分数为1％的偶联剂溶液；
(2)利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics构建该材料的微观力-磁-位移多物理场耦合模型，在磁场作用下，分析磁性颗粒间的相互作用，找到材料初始表面粗糙度的临界值Ra0＝1.5μm，在铝合金模具中放置一张与模具大小一致的具备一定表面形貌的硅片；
(3)将2g碳纳米管导热填料和2g正己烷分散剂混合后加入60g乙烯基硅橡胶中，同时进行超声分散处理和600rpm转速的机械搅拌30min，然后置于90℃的真空干燥箱中2h以上，直至分散剂全部除尽后取出混合物冷却待用；
(4)将25g羰基镍粉加入步骤(1)配制的质量分数为1％的偶联剂溶液中充分搅拌混合后取出磁性颗粒烘干，得到经过表面处理的磁性颗粒，以增强与基体的相容性；
(5)将10g油酸丁酯增塑剂加入到步骤(3)中冷却后的混合物中并进行机械搅拌；
(6)将步骤(4)中经过表面处理的磁性颗粒加入步骤(5)的产物中，600rpm条件下机械搅拌15min，使其混合均匀；
(7)将步骤(6)的机械搅拌后的混合物进行超声处理以促进气泡上浮，再置于真空度为101Pa的真空干燥箱10min，完全除去气泡；
(8)将步骤(7)中完全除去气泡后的混合物倒入模具(模具底部均匀放置一张与模具大小一致硅片)中，密封后直接放置于80℃的真空干燥箱中3h直至固化成型，即可得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料M-11。
将上述步骤中的天然橡胶替换成天然橡胶、顺丁橡胶、丁晴橡胶、异丁烯橡胶、丙烯酸树脂或者聚氨酯的共聚物后采取上述同样的制备流程依然能够得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料。
实施例6
制备一种表面粗糙度可控的磁敏材料：
(1)分别称取20g丙烯酸树脂、53g铁纳米线、2g石墨烯导热填料、20g壬二酸二辛酯增塑剂、2g乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂以及3g 1,4二氧六环分散剂，将2g乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂溶于等体积的纯净水和乙醇溶剂中，形成质量分数为1％的偶联剂溶液；
(2)利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics构建该材料的微观力-磁-位移多物理场耦合模型，在磁场作用下，分析磁性颗粒间的相互作用，找到材料初始表面粗糙度的临界值Ra0＝1.2μm，在铝合金模具中放置360目的砂纸，砂纸目数越大，制备出的材料初始表面粗糙度越小，小于临界值Ra0；
(3)将2g石墨烯导热填料和3g 1,4二氧六环分散剂混合后加入20g丙烯酸树脂中，同时进行超声分散处理和600rpm转速的机械搅拌30min，然后置于90℃的真空干燥箱中2h以上，直至分散剂全部除尽后取出混合物冷却待用；
(4)将53铁纳米线加入步骤(1)配制的质量分数为1％的偶联剂溶液中充分搅拌混合后取出磁性颗粒烘干，得到经过表面处理的磁性颗粒，以增强与基体的相容性；
(5)将20g壬二酸二辛酯增塑剂加入到步骤(3)中冷却后的混合物中并进行机械搅拌；
(6)将步骤(4)中经过表面处理的磁性颗粒加入步骤(5)的产物中，600rpm条件下机械搅拌15min，使其混合均匀；
(7)将步骤(6)的机械搅拌后的混合物进行超声处理以促进气泡上浮，再置于真空度为101Pa的真空干燥箱10min，完全除去气泡；
(8)将步骤(7)中完全除去气泡后的混合物倒入模具(模具底部均匀放置一张与模具大小一致的360目的砂纸)中，密封后直接放置于80℃的真空干燥箱中3h直至固化成型，即可得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料M-12。
将上述步骤中的天然橡胶替换成硅橡胶、丁晴橡胶、异丁烯橡胶、顺丁橡胶或者聚氨酯的接枝物后采取上述同样的制备流程依然能够得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料，在摩擦、粘附、航空、航天领域中具有广泛的应用。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种表面粗糙度可控的磁敏材料，其特征在于，所述磁敏材料在实际使用中表面粗糙度Ra受磁场强度的影响，所述磁敏材料的初始粗糙度小于临界值Ra0时，提高磁场强度使所述磁敏材料的表面粗糙度Ra变大；所述磁敏材料的初始粗糙度大于临界值Ra0，提高磁场强度使所述磁敏材料的表面粗糙度Ra变小。
2.根据权利要求1所述一种表面粗糙度可控的磁敏材料，其特征在于，按照重量百分比计，所述磁敏材料的组成包括：高分子聚合物基体20～60％，磁性颗粒25～65％，导热填料0.5～2％，增塑剂10～20％，分散剂0.4～3％，偶联剂0.5～2％。
3.根据权利要求2所述一种表面粗糙度可控的磁敏材料，其特征在于，所述高分子聚合物基体包括硅橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、丁晴橡胶、异丁烯橡胶、丙烯酸树脂或者聚氨酯中的任意一种或多种。
4.根据权利要求3所述一种表面粗糙度可控的磁敏材料，其特征在于，所述高分子聚合物基体还包括硅橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、丁晴橡胶、异丁烯橡胶、丙烯酸树脂或者聚氨酯的衍生物中的任意一种或多种，所述衍生物为接枝物、共聚物或者嵌段物。
5.根据权利要求3所述一种表面粗糙度可控的磁敏材料，其特征在于，所述磁性颗粒为纯铁颗粒、钴颗粒、羰基铁粉、羰基镍粉、铁纳米线、钴纳米线、镍纳米线中的任意一种或者多种。
6.根据权利要求3所述一种表面粗糙度可控的磁敏材料，其特征在于，所述导热填料为石墨烯或碳纳米管；所述增塑剂为二甲基硅油、邻苯二甲酸酯、壬二酸二辛酯、油酸丁酯、1,2-丙二醇、丙三醇中的一种或多种；所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述分散剂为正己烷或者1,4-二氧六环。
7.权利要求1～6任一项所述一种表面粗糙度可控的磁敏材料的制备方法，其特征在于，所述备方法包括以下步骤：
(1)根据用于制备所述磁敏材料的各成分重量配比，分别称取重量百分比为20～60％的高分子聚合物基体、25～65％的磁性颗粒、0.5～2％的导热填料、10～20％增塑剂、0.5～2％偶联剂以及0.4～3％的分散剂；
(2)利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics构建该材料的微观力-磁-位移多物理场耦合模型，在磁场作用下，分析磁性颗粒间的相互作用，找到材料初始表面粗糙度的临界值Ra0，对模具进行特殊处理，从而制备具有不同初始粗糙度表面的磁敏材料；
(3)将步骤(1)称取的导热填料和分散剂混合后再加入高分子聚合物基体，同时进行超声分散处理和机械搅拌，搅拌速度为600rpm，产生分散处理于机械搅拌的时间为15～30min，然后置于90℃真空干燥箱中直至分散剂全部除尽后取出混合物冷却待用；
(4)将步骤(1)中称取的磁性颗粒加入由偶联剂溶液中充分搅拌混合后取出磁性颗粒烘干，得到经过表面处理的磁性颗粒，以增强与基体的相容性；
(5)将步骤(1)称取的增塑剂加入到步骤(3)中冷却后的混合物中并进行机械搅拌；
(6)将步骤(4)中经过表面处理的磁性颗粒加入步骤(5)的产物中，600rpm条件下下机械搅拌10～15min，使其混合均匀；
(7)将步骤(6)的机械搅拌后的混合物进行超声处理以促进气泡上浮，再置于真空度为101Pa的真空干燥箱5～10min，完全除去气泡；
(8)将步骤(7)中完全除去气泡后的混合物倒入经过特殊处理的模具中，密封后直接放置于80℃的真空干燥箱中3h直至固化成型，即可得到一种表面粗糙度可控的磁敏材料。
8.根据权利要求7所述一种表面粗糙度可控的磁敏材料的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物基体含具有固化作用的组分时，将具有固化作用的组分加入到步骤(5)中混合混匀后的混合物中。
9.根据权利要求7所述一种表面粗糙度可控的磁敏材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述偶联剂溶液的质量分数为0.5～2％；所述偶联剂溶液的制备方法为：将偶联剂加入到纯净水和醇等体积比形成的混合溶剂中，搅拌使其分散均匀；步骤(2)中所述特殊处理为在模具底部均匀放置一张与模具大小一致的具备不同表面形貌的砂纸、薄膜、塑料或者硅片。
10.权利要求1～6任一项所述一种表面粗糙度可控的磁敏材料在摩擦、粘附、航空、航天领域中的应用。
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