CN114284065B - 一种磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备方法及其应用，具体包括以下步骤：(1)将矿物油类基液、表面活性剂和磁性颗粒进行混合，得到矿物油类磁性液体；(2)将酯类基液、表面活性剂和磁性颗粒进行混合，得到酯类磁性液体；(3)将矿物油类磁性液体和酯类磁性液体进行混合，得到混合磁性液体；(4)先将弹性多孔织物进行清洗，然后烘干，最后将混合磁性液体均匀涂覆在烘干后的弹性多孔织物上，即得磁性液体/弹性多孔织物复合膜。本发明所得到的复合膜能够实现磁场和拉伸响应的液体可控渗透，从而应用于门控开孔流控装置和微流控装置中。
Description
技术领域
本发明涉及智能材料技术领域，更具体的说是涉及一种磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备方法及利用磁场和拉伸响应控制液体在复合膜表面单向渗透的应用。
背景技术
响应性材料的研究，特别是智能表面对液体驱动及运输的调控，具有非常重要的意义，在转移、分离和微量测试等领域具有着非常广泛的应用前景。
外场刺激对固体表面的浸润性有很大的影响，近些年来，响应性材料表面在外场刺激下(如在电、热、光、pH、溶剂等)使表面浸润性发生转变的现象，引起了越来越多的关注(详见参考文献Tian D，et al.Advanced Functional Materials，2016，26(44)，7986-7992.以及，Ichimura K，et al.Science，2000，288(5471)，1624-1626)。
通过对比不同外场刺激的作用机制可以发现，磁场响应材料具有响应时间短、可远程控制、能耗低等优势，同时，机械拉伸驱动对于智能响应性表面也有较强的可调控性(详见参考文献Tian D，et al.ACS Nano，2016，10(6)，6220-6226.以及，Zhang J，etal.Macromolecular Rapid Communications，2005，26(6)，477-480)。
目前，现有技术中使用的膜多为传统的多孔膜，由于孔的大小恒定，因此不能在实验过程中可控地改变孔径大小。虽然，现有技术中通过设计不同外部刺激响应的多孔膜来获得定向输运的研究已经取得了很大的进展，但是，如何实现多刺激协同控制下的液滴定向输运在多功能流体传输应用中仍存在很大的困难。
因此，如何提供一种能够实现磁场和拉伸响应的液体可控渗透的复合膜是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备方法及其应用，以解决现有技术中的不足。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)矿物油类磁性液体的制备
将不同质量比的矿物油类基液、表面活性剂和磁性颗粒进行混合，得到矿物油类磁性液体；
(2)酯类磁性液体的制备
将不同质量比的酯类基液、表面活性剂和磁性颗粒进行混合，得到酯类磁性液体；
(3)混合磁性液体的制备
将不同质量比的矿物油类磁性液体和酯类磁性液体进行混合，得到混合磁性液体；
(4)磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备
先将弹性多孔织物进行清洗，然后烘干，最后将混合磁性液体均匀涂覆在烘干后的弹性多孔织物上，即得磁性液体/弹性多孔织物复合膜。
进一步，上述步骤(1)中，矿物油类基液、表面活性剂和磁性颗粒的质量比为(55-94)：(1-5)：(5-40)。其中，矿物油类基液包括矿物油和长链烷烃；优选地，矿物油和长链烷烃的质量比为9：1。其中，表面活性剂为油酸钠。其中，磁性颗粒为超顺磁四氧化三铁颗粒，优选地，超顺磁四氧化三铁颗粒的平均粒径为3nm-30μm，优选为6nm。
进一步，上述步骤(2)中，酯类基液、表面活性剂和磁性颗粒的质量比为(55-94)：(1-5)：(5-40)。其中，酯类基液为葵二酸二异辛酯。其中，表面活性剂为油酸钠。其中，磁性颗粒为超顺磁四氧化三铁颗粒，优选地，超顺磁四氧化三铁颗粒的平均粒径为3nm-30μm，优选为10nm。
进一步，上述步骤(3)中，矿物油类磁性液体和酯类磁性液体的体积比为(10-50)：1。
进一步，上述步骤(4)中，弹性多孔织物为包芯丝、天鹅绒、水晶丝或尼龙。其中，烘干的温度为50℃，时间为30min。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，在不施加外力的情况下，水滴在磁性液体/包芯丝复合膜表面一直处于复合膜的表面不发生渗透，水滴在两根丝之间受到向上的附加压力(ΔP)和向下的静水压力PH，根据拉普拉斯定律，当附加压力ΔP大于水在复合膜上的静水压PH时，水滴不能渗透。通过施加磁场，弹性多孔织物表面的磁性液体沿着孔的丝线聚集，磁性液体呈哑铃状包裹在丝线的周围，此时，磁性液体膜断裂，附加压力的方向朝下，水滴实现渗透；对单层包芯丝复合膜施加拉伸响应时，在拉伸倍数λ≤2的范围内，R增大，ΔP减小，但是附加压力ΔP依旧大于水在磁性液体/弹性多孔织物复合膜上的静水压PH，因此拉伸不能使水滴渗透过磁性液体/包芯丝复合膜。同理，水滴在磁性液体/天鹅绒复合膜表面的渗透状态机理也是取决于水滴的受力，磁性液体在天鹅绒的表面未形成磁性液体膜，对水滴进行受力分析，同时受到向下的附加压力和向下的静水压，水滴能够自发渗透。水滴在三种磁性液体/弹性多孔织物复合膜表面的渗透结果表明：在磁性液体/天鹅绒复合膜表面的水滴不具有磁场和拉伸响应，而水滴在磁性液体/包芯丝复合膜表面具有磁场响应和拉伸响应。
本发明还请求保护一种上述制备方法制得的磁性液体/弹性多孔织物复合膜在控制液体单向渗透中的应用。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明复合膜能够实现磁场和拉伸响应的液体可控渗透，从而应用于门控开孔流控装置和微流控装置中；
2、对本发明复合膜施加磁场的同时进行拉伸，通过改变磁性液体的组成以及织物表面的孔径的大小，实现了对水滴定向渗透的智能控制；
3、本发明制备方法操作简便，由此制得的复合膜响应速度快，可控性强。
附图说明
图1为实施例1制得的磁性液体/弹性多孔织物复合膜中混合磁性液体在弹性多孔织物表面的成膜状态图；
图2为水滴在实施例1磁性液体/弹性多孔织物复合膜表面的拉伸响应图；
图3为水滴在实施例1磁性液体/弹性多孔织物复合膜表面的磁场响应图；
图4为水滴在实施例1磁性液体/弹性多孔织物复合膜表面的磁场拉伸协同响应图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中，矿物油类磁性液体MLA的型号为：MF-301，厂家为：嘉兴市墨王五金经营部。
酯类磁性液体MLB的型号为：MF-35，厂家为：深圳市韦特斯科技有限公司。
实施例1
磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)矿物油类磁性液体的制备
将矿物油类基液、油酸钠和平均粒径为10nm的超顺磁四氧化三铁颗粒以55：5：40的质量比进行混合，得到矿物油类磁性液体MLA；
其中，矿物油类基液包括质量比为9：1的矿物油和长链烷烃；
(2)酯类磁性液体的制备
将葵二酸二异辛酯、油酸钠和平均粒径为10nm的超顺磁四氧化三铁颗粒以55：5：40的质量比进行混合，得到酯类磁性液体MLB；
(3)混合磁性液体的制备
将矿物油类磁性液体MLA和酯类磁性液体MLB以10：1的体积比进行混合，得到混合磁性液体；
(4)磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备
先将弹性多孔织物(包芯丝)裁剪为4cm×4cm大小的正方形，用洗洁精清洗以清除表面上的污渍，再用去离子水冲洗数次以将泡沫彻底冲洗干净，然后放入烘箱中，在50℃温度下烘干30min，最后用移液枪将混合磁性液体均匀涂覆在烘干后的弹性多孔织物上，在表面形成一层磁性液体膜，即得磁性液体/弹性多孔织物复合膜。
实施例2
磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)矿物油类磁性液体的制备
将矿物油类基液、油酸钠和平均粒径为10nm的超顺磁四氧化三铁颗粒以94：1：5的质量比进行混合，得到矿物油类磁性液体MLA；
其中，矿物油类基液包括质量比为9：1的矿物油和长链烷烃；
(2)酯类磁性液体的制备
将葵二酸二异辛酯、油酸钠和平均粒径为10nm的超顺磁四氧化三铁颗粒以94：1：5的质量比进行混合，得到酯类磁性液体MLB；
(3)混合磁性液体的制备
将矿物油类磁性液体MLA和酯类磁性液体MLB以50：1的体积比进行混合，得到混合磁性液体；
(4)磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备
先将弹性多孔织物(天鹅绒)裁剪为4cm×4cm大小的正方形，用洗洁精清洗以清除表面上的污渍，再用去离子水冲洗数次以将泡沫彻底冲洗干净，然后放入烘箱中，在50℃温度下烘干30min，最后用移液枪将混合磁性液体均匀涂覆在烘干后的弹性多孔织物上，在表面形成一层磁性液体膜，即得磁性液体/弹性多孔织物复合膜。
性能测试
取实施例1制得的磁性液体/弹性多孔织物复合膜，分为若干份，分别进行以下试验1-4。
1、观察实施例1制得的磁性液体/弹性多孔织物复合膜中混合磁性液体在弹性多孔织物表面的成膜状态。结果如图1所示。
由图1可知，磁性液体在弹性多孔织物(包芯丝)表面铺展成膜，孔由初始的打开状态转换为封闭状态，未滴加磁性液体的区域孔依旧是打开状态。
2、改变不同的拉伸倍数λ，研究水滴的渗透性变化
用移液枪将5μL的水滴滴加在实施例1制得的磁性液体/弹性多孔织物复合膜的表面上，静置数秒，水滴不渗透，保持在复合膜的表面，此时开始以不同的拉伸倍数λ(λ＝1.0，1.2，1.4，1.6，1.8，2.0)对复合膜进行拉伸，观察水滴的渗透状态。结果如图2所示。
由图2可知，在不同的拉伸倍数λ下，水滴在磁性液体/弹性多孔织物复合膜表面具有不同的渗透性能。
3、改变不同的磁场强度B，研究水滴的渗透性变化
用移液枪将5μL的水滴滴加在实施例1制得的磁性液体/弹性多孔织物复合膜的表面上，此时水滴保持在复合膜的表面不渗透，之后在复合膜的正下方施加磁场，改变磁场强度B的值，观察水滴的渗透状态。结果如图3所示。
由图3可知，在不同的磁场强度B下，水滴在磁性液体/弹性多孔织物复合膜表面具有不同的渗透性能。
4、改变不同的拉伸倍数λ和混合磁性液体的体积比，研究水滴的渗透性变化
用移液枪将5μL的水滴滴加在实施例1制得的磁性液体/弹性多孔织物复合膜的表面，控制不同的拉伸倍数λ(λ＝1.0，1.2，1.4，1.6，1.8，2.0)和混合磁性液体的体积比(MLA:MLB＝10，15，20，25，30，35，40，50)，在拉伸的同时施加磁场，观察水滴的渗透状态。结果如图4所示。
由图4可知，共出现了三个区域，分别对应不同的渗透状态。区域Ⅰ：施加磁场不能使水滴渗透；区域Ⅱ：施加磁场使水滴渗透；区域Ⅲ：不施加磁场水滴自发渗透。
综上所述，本发明复合膜能够实现磁场和拉伸响应的液体可控渗透，从而应用于门控开孔流控装置和微流控装置中；对本发明复合膜施加磁场的同时进行拉伸，通过改变磁性液体的组成以及织物表面的孔径的大小，实现了对水滴定向渗透的智能控制；本发明制备方法操作简便，由此制得的复合膜响应速度快，可控性强。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (2)
1.一种磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)矿物油类磁性液体的制备
将质量比为(55-94)：(1-5)：(5-40)的矿物油类基液、表面活性剂和磁性颗粒进行混合，得到矿物油类磁性液体；
所述矿物油类基液包括矿物油和长链烷烃；所述矿物油和长链烷烃的质量比为9：1；
所述表面活性剂为油酸钠；
所述磁性颗粒为超顺磁四氧化三铁颗粒；所述超顺磁四氧化三铁颗粒的平均粒径为3nm-30μm；
(2)酯类磁性液体的制备
将质量比为(55-94)：(1-5)：(5-40)的酯类基液、表面活性剂和磁性颗粒进行混合，得到酯类磁性液体；
所述酯类基液为葵二酸二异辛酯；
所述表面活性剂为油酸钠；
所述磁性颗粒为超顺磁四氧化三铁颗粒；所述超顺磁四氧化三铁颗粒的平均粒径为3nm-30μm；
(3)混合磁性液体的制备
将体积比为(10-50)：1的矿物油类磁性液体和酯类磁性液体进行混合，得到混合磁性液体；
(4)磁性液体/弹性多孔织物复合膜的制备
先将弹性多孔织物进行清洗，然后烘干，最后将混合磁性液体均匀涂覆在烘干后的弹性多孔织物上，即得所述磁性液体/弹性多孔织物复合膜；
所述弹性多孔织物为包芯丝、天鹅绒、水晶丝或尼龙；
所述烘干的温度为50℃，时间为30min。
2.一种如权利要求1所述制备方法制得的磁性液体/弹性多孔织物复合膜在控制液体单向渗透中的应用。
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