CN109718731B - 一种微流量控制方法及控制结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微流量控制方法及控制结构，包括：(1)将直径为1～100μm的磁敏颗粒按照一定的体积分数加入到柔性聚合物中并进行搅拌，在高温或交联剂作用下固化形成磁敏颗粒夹杂复合材料；(2)在磁敏颗粒夹杂复合材固化过程中，向其中埋入微管，获得微管含于磁敏颗粒夹杂复合材料中的结构；(3)对所述结构施加大小可控的外加磁场。本发明将微管埋入磁敏颗粒夹杂复合材料中形成微流量磁控结构，通过改变外加磁场的大小，引起磁敏颗粒之间相互作用力的改变，继而使微管的直径变化，从而控制微管中流量的变化。此外，可设置磁敏颗粒的体积分数沿磁敏复合材料的厚度呈梯度分布，再在不同厚度处埋入微管，实现同一磁场中流量的按需控制。
Description
技术领域
本发明属于微流量控制技术领域，尤其涉及一种微流量控制方法及控制结构，通过该方法所获得的微流量控制结构具有柔性特征，可应用于快速制造成型微滴装置、医药、控制等工程领域。
背景技术
磁敏颗粒夹杂复合材料是将微米级磁性颗粒(铁、钴、磁滞伸缩颗粒等)分散在橡胶、凝胶等弹性基体中形成的一类力磁耦合功能复合材料，其在宏观上具有磁场可控的力学、磁学、磁致伸缩等性能，并且响应随磁场变化迅速可逆，因此，磁敏颗粒夹杂复合材料可广泛应用于隔振、吸震等工程领域。
不同于其他磁敏材料，磁敏颗粒夹杂复合材料的基体是具有软物质性质的橡胶类高分子材料，在较小外部磁场作用下即可发生显著的变形，并且具有可逆、远程驱动、响应迅速等特点。对于特定的磁敏颗粒夹杂复合材料，在一定范围内，随着外加磁场强度的增加，内部颗粒之间的相互作用力增加，继而引起材料沿磁场方向的变形增加，反之亦然。此外，该类磁敏智能材料的磁致变形行为与夹杂相种类、粒径大小、体积分数以及微结构分布密切相关。已有研究结果表明，具有链状分布的磁敏复合材料具有较好的响应能力，并且随着夹杂相体积分数的增加而增大。根据这一特性，可将磁敏颗粒夹杂复合软材料广泛应用于各种自适应振动控制装置、磁控远程驱动装置中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微流量控制方法及控制结构，以解决现有自适应振动控制装置或磁控远程驱动装置中，一旦微管制成后，其通过的流量难以连续快速控制，同一作业装置中不同微管的流量无法进行按需控制。
本发明是这样实现的，一种微流量控制方法，包括：
(1)将直径为1～100μm的磁敏颗粒按照一定的体积分数加入到柔性聚合物中并进行搅拌，在高温或交联剂作用下固化形成磁敏颗粒夹杂复合材料；
(2)在磁敏颗粒夹杂复合材固化过程中，向其中埋入微管，获得微管含于磁敏颗粒夹杂复合材料中的结构；
(3)对所述结构施加大小可控的外加磁场。
当在该结构外施加磁场时，通过改变外加磁场的大小，引起内部颗粒之间相互作用力的改变，继而实现弹性体内微管的直径变化，从而控制微管中流量的变化。
优选地，利用3D打印或逐层叠加的方式，使所述磁敏颗粒的体积分数沿所述磁敏颗粒夹杂复合材料的厚度形成均匀或梯度分布，在所述磁敏颗粒夹杂复合材料的不同厚度处埋入微管。在相同磁场作用下，可实现磁敏颗粒夹杂复合材料不同厚度处微管的不同变形，继而引起不同微管在相同时间内的输出特性不同，从而实现同一磁场中流量的按需控制。
优选地，所述微管的轴向与外加磁场的方向垂直。
优选地，所述磁敏颗粒为铁粉或永磁颗粒或磁致伸缩颗粒。
优选地，所述柔性聚合物为硅橡胶或天然橡胶。
本发明进一步提供了一种利用上述微流量控制方法获得的微流量控制结构。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种微流量控制结构的示意图。
图2是本发明实施例提供的另一种微流量控制结构的示意图。
图中：1-柔性聚合物；2-磁敏颗粒；3-微管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种微流量控制方法，包括：
(1)利用人工或机械搅拌的方式将直径为1～100μm的磁敏颗粒2按照一定的体积分数加入到柔性聚合物1中，磁敏颗粒可采用铁粉或永磁颗粒或磁致伸缩颗粒，柔性聚合物可采用硅橡胶或天然橡胶。然后在高温或交联剂作用下固化形成磁敏颗粒夹杂复合材料；
(2)在磁敏颗粒夹杂复合材固化过程中，向其中埋入微管3，获得微管3含于磁敏颗粒夹杂复合材料中的结构；
(3)对所述结构施加大小可控的外加磁场，外加磁场的方向与微管的轴向垂直。
通过上述微流量控制方法将获得一种微流量控制结构。
图1为磁敏颗粒2随机分布于柔性聚合物1中的微流量控制结构，H为外加磁场的方向。
当在该结构外施加磁场时，通过改变外加磁场的大小，引起内部磁敏颗粒2之间相互作用力的改变，继而实现弹性体内微管3的直径变化，从而控制微管3中流量的变化。
利用3D打印或逐层叠加的方式，使磁敏颗粒1的体积分数沿磁敏颗粒夹杂复合材料的厚度形成均匀或梯度分布，磁敏颗粒夹杂复合材料的不同厚度处埋入微管3，如图2所示，磁敏颗粒1的体积分数沿磁敏颗粒夹杂复合材料的厚度形成梯度分布，H为外加磁场的方向。在相同磁场作用下，可实现磁敏颗粒夹杂复合材料不同厚度处微管的不同变形，继而引起不同微管在相同时间内的输出特性不同实现同一磁场中流量的按需控制。
本发明的磁控结构可以实现远程微小流量控制，未通电时处于流通状态，通过调整通电电流大小，改变微管直径的大小，连续快速调整流量。此外，本发明微流量控制结构具有柔性特征，可应用于快速制造成型微滴装置、医药、控制等工程领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种微流量控制方法，其特征在于，包括：
(1)将直径为1～100μm的磁敏颗粒按照一定的体积分数加入到柔性聚合物中并进行搅拌，在高温或交联剂作用下固化形成磁敏颗粒夹杂复合材料；利用3D打印或逐层叠加的方式，使所述磁敏颗粒的体积分数沿所述磁敏颗粒夹杂复合材料的厚度形成均匀或梯度分布；
(2)在磁敏颗粒夹杂复合材料固化过程中，向其中埋入微管，在所述磁敏颗粒夹杂复合材料的不同厚度处埋入微管，获得微管含于磁敏颗粒夹杂复合材料中的结构；
(3)对所述结构施加大小可控的外加磁场。
2.如权利要求1所述的微流量控制方法，其特征在于，所述微管的轴向与外加磁场的方向垂直。
3.如权利要求1所述的微流量控制方法，其特征在于，所述磁敏颗粒为铁粉或永磁颗粒或磁致伸缩颗粒。
4.如权利要求1所述的微流量控制方法，其特征在于，所述柔性聚合物为硅橡胶或天然橡胶。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的微流量控制方法获得的微流量控制结构。
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