一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法，包括利用二茂鐵、丙酮、過氧化氫為原料，通過水熱反應(yīng)制備四氧化三鐵(Fe3O4)納米顆粒，并將其分散到乙二醇中形成分散液；將分散液與一定量的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和二甲基硅油均勻混合得到高分子單體乳液(Fe3O4/PDMS)；然后利用微注射泵將高分子單體乳液注入到一定直徑的玻璃毛細(xì)管中，在一定溫度下固化一段時(shí)間，將纖維從毛細(xì)管中取出，得到一種對磁場具有響應(yīng)型的纖維。所制備的纖維在外加磁場作用下能夠變?yōu)榧t色，去除外界磁場后，纖維能夠恢復(fù)其原來的顏色。該纖維能夠在不使用特殊儀器設(shè)備的前提下實(shí)現(xiàn)對磁場檢測，并在智能檢測材料的制備領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能檢測器件材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，纖維開始由簡單的用于紡織行業(yè)向一些智能的、可穿戴器件的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，盡管這種發(fā)展還處在萌芽之中，但已經(jīng)引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣。例如 Xiangyang Liu 等人在 Advanced Funct1nal Materials Vol.23 (2013)PP.5373-5380中就報(bào)道了將蠶絲纖維溶解后形成蠶絲溶液并且將其和膠體微球組裝的光子晶體結(jié)構(gòu)復(fù)合，從而獲得具有結(jié)構(gòu)色的纖維織物，并將這種結(jié)構(gòu)色纖維織物用于濕度的檢測，實(shí)現(xiàn)了纖維對外界環(huán)境的智能性響應(yīng)；Mathias Kolle等人在Advanced MaterialsVol.25 (2013) pp.2239-2245中報(bào)道了一種應(yīng)力感應(yīng)型纖維的制備方法，這種纖維可以根據(jù)所受外力大小的不同產(chǎn)生響應(yīng)的顏色變化，從而實(shí)現(xiàn)對外力的響應(yīng)。
[0003]自然界中，很多生物可以根據(jù)外界環(huán)境的變化來改變身體的顏色，像我們熟知的變色龍以及生活在海底的烏賊，它們之所以能夠隨外界環(huán)境的變化而改變自身的顏色，是和它們特殊的皮膚構(gòu)造分不開的。例如在烏賊皮膚中，有數(shù)百萬個(gè)紅、黃、藍(lán)、黑的色素細(xì)胞，烏賊可以在I?2S內(nèi)做出反應(yīng)，通過改變這些色素囊的大小來改變自身的顏色，以便適應(yīng)環(huán)境，逃避敵害。它在接到來自大腦的電脈沖后，通過收縮肌肉來展示或隱藏分布在不同層次上的色素囊，從而實(shí)現(xiàn)了身體體色的變化。
[0004]生活中，我們時(shí)不時(shí)的會接觸到一些強(qiáng)磁場，而這些磁場在不使用專業(yè)的設(shè)備的情況下是很難被察覺的，從而危害人的身體和大腦。如何通過一種簡單的方法來檢測這些強(qiáng)磁場。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法。該纖維的制備方法在智能檢測材料的制備領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，能夠通過纖維的顯色實(shí)現(xiàn)對外界磁場的檢測，可用于制備對外界磁場具有檢測作用的器件。
[0006]本發(fā)明提供了一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法，是通過纖維內(nèi)部的磁性四氧化三鐵納米微球在外界磁場下定向排列形成光子晶體結(jié)構(gòu)，從而控制光在其中的傳播，表現(xiàn)為纖維顏色的變化，達(dá)到對磁場的檢測目的。
[0007]以二茂鐵、丙酮、雙氧水為原料，通過水熱反應(yīng)制備四氧化三鐵(Fe3O4)納米顆粒，并將其分散到乙二醇中形成分散液；將分散液與一定量的PDMS和二甲基硅油均勻混合得到高分子單體乳液(Fe3CVPDMS);然后利用微注射泵將高分子單體乳注入到微通道中，在一定溫度下固化一段時(shí)間，然后將纖維取出，得到了一種對磁場具有響應(yīng)型的纖維。
[0008]由此可見，本發(fā)明涉及的一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法的具體步驟，詳述如下:
[0009]以二茂鐵、丙酮、雙氧水為原料，通過水熱反應(yīng)制備粒徑大約為260nm?320nm四氧化三鐵(Fe3O4)納米顆粒，經(jīng)過丙酮洗滌三次后，將其分散到乙二醇中形成5mg/ml?10mg/ml的分散液；將分散液與2g?5g的PDMS和二甲基硅油(PDMS與二甲基硅油的混合的質(zhì)量比例為9:1?6: 4)均勻混合得到高分子單體乳液(Fe3CVPDMS);然后利用微注射泵將高分子單體乳注入到直徑為150 μ m?500 μ m的玻璃毛細(xì)管中，然后在60°C?90°C下固化30min?90min,得到了一種對磁場具有響應(yīng)性的纖維。
_0] 有益.效果
[0011](I)本發(fā)明方法簡便易行，對制備具有外界響應(yīng)型的一些特殊材料具有重要的參考價(jià)值。
[0012](2)本發(fā)明所制備的磁場響應(yīng)型纖維，在不借助專業(yè)設(shè)備的前提下能夠通過顯色達(dá)到對外界磁場的檢測，節(jié)約了磁場檢測上的成本。
[0013](3)本發(fā)明所制備的磁場響應(yīng)型纖維，依靠其內(nèi)部結(jié)構(gòu)在外界磁場作用下形成特殊的光子晶體結(jié)構(gòu)而顯色，不需要外界對其提供能源，達(dá)到了節(jié)約能源的目的。
[0014](4)本發(fā)明所制備的磁場響應(yīng)型纖維，能夠通過纖維的顯色實(shí)現(xiàn)對外界磁場的檢測，在智能服裝材料的制備領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1Fe3O4納米微球在磁場作用下的顯色圖片以及XRD圖；
[0016]圖2磁場響應(yīng)型纖維在無/有磁場下的顏色變化；
[0017]圖3纖維表面及斷面的SEM圖片(其中a為表面，b為斷面);
[0018]圖4磁場響應(yīng)型纖維變色機(jī)理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0020]實(shí)施例1
[0021]以二茂鐵、丙酮、過氧化氫為起始原料，利用水熱反應(yīng)制備得到粒徑為280nm的四氧化三鐵(Fe3O4)納米微球，然后經(jīng)過丙酮洗滌三次，將其分散到乙二醇中，形成質(zhì)量濃度為5mg/ml的分散液；將1.8g聚二甲基硅氧烷(PDMS)和0.2g 二甲基硅油混合，加入0.5ml四氧化三鐵納米球在乙二醇中的分散液，攪拌均勻后形成新的分散液。將新得到的分散液采用微注射泵注入到直徑為15(^111的玻璃毛細(xì)管中，在601:的烘箱中固化901^11中。固化完成后，將纖維從玻璃毛細(xì)管中取出，即得到磁場響應(yīng)型的纖維。圖1為制備得到的四氧化三鐵納米微球分散在乙二醇溶液中在無/有磁場作用下顏色的變化以及其所對應(yīng)的XRD圖；圖2為制備得到的磁場響應(yīng)型纖維在磁場作用前后顏色變化的對比圖片；圖4為該纖維顯色的機(jī)理圖: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鐵(Fe3O4)納米微球在沒有外加磁場的作用時(shí)無序的分散在其中，當(dāng)施加外加磁場后，這些四氧化三鐵(Fe3O4)納米微球就會定向排列形成光子晶體結(jié)構(gòu)，從而控制光在其中的傳播，表現(xiàn)為纖維顏色的變化。
[0022]實(shí)施例2
[0023]以二茂鐵、丙酮、過氧化氫為起始原料，利用水熱反應(yīng)制備得到粒徑為260nm的四氧化三鐵(Fe3O4)納米微球，然后經(jīng)過丙酮洗滌三次，將其分散到乙二醇中，形成質(zhì)量濃度為8mg/ml的分散液；將1.6g聚二甲基娃氧燒(PDMS)和0.4g 二甲基娃油混合,加入Iml四氧化三鐵納米球在乙二醇中的分散液，攪拌均勻后形成新的分散液。將新得到的分散液采用微注射泵注入到直徑為500 μ m的玻璃毛細(xì)管中，在75°C的烘箱中固化75min中。固化完成后，將纖維從玻璃毛細(xì)管中取出，即得到磁場響應(yīng)型的纖維。圖3為制備得到的磁場響應(yīng)型纖維的表面及斷面的SEM圖片。
[0024]實(shí)施例3
[0025]以二茂鐵、丙酮、過氧化氫為起始原料，利用水熱反應(yīng)制備得到粒徑為300nm的四氧化三鐵(Fe3O4)納米微球，然后經(jīng)過丙酮洗滌三次，將其分散到乙二醇中，形成質(zhì)量濃度為10mg/ml的分散液；將1.4g聚二甲基硅氧烷(PDMS)和0.6g 二甲基硅油混合，加入1.5ml四氧化三鐵納米球在乙二醇中的分散液，攪拌均勻后形成新的分散液。將新得到的分散液采用微注射泵注入到直徑為300 μ m的玻璃毛細(xì)管中，在90°C的烘箱中固化60min中。固化完成后，將纖維從玻璃毛細(xì)管中取出，即得到磁場響應(yīng)型的纖維。
【權(quán)利要求】
1.一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法，包括以下步驟: (1)以二茂鐵、丙酮、過氧化氫為起始原料，利用水熱反應(yīng)得到四氧化三鐵Fe304納米微球，經(jīng)過丙酮洗滌然后與乙二醇混合，得到分散液； (2)將二甲基硅油和聚二甲基硅氧烷PDMS混合，然后將⑴中分散液加入其中，利用磁力攪拌器攪拌均勻，形成新的分散液； (3)將新得到的分散液注入到玻璃毛細(xì)管中，固化，從毛細(xì)管中取出，得到具有磁場響應(yīng)性的智能纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法，其特征在于:步驟(1)所述的水熱合成得到的四氧化三鐵Fe304納米微球的粒徑介于260nm?320nm之間。
3.如權(quán)利要求1所述的一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述的四氧化三鐵Fe304在乙二醇中形成分散液的質(zhì)量濃度為5mg/ml?10mg/ml。
4.如權(quán)利要求1所述的一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述的二甲基硅油和聚二甲基硅氧烷PDMS的質(zhì)量比為4: 6?1: 9。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法，其特征在于:步驟(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鐵在乙二醇中的分散液的體積分?jǐn)?shù)為20%?50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁場響應(yīng)型纖維的制備方法，其特征在于:步驟(3)所選取的毛細(xì)管的直徑為150 μ m?500 μ m，固化溫度為60°C?90°C，固化時(shí)間為30min?90mo
【文檔編號】G01R33/032GK104278352SQ201410432032
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】李耀剛, 商勝龍, 王宏志, 張青紅 申請人:東華大學(xué)