[发明专利]磁致变色聚二炔/四氧化三铁复合材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于智能材料技术领域，具体涉及一种磁致变色的聚二炔、四氧化三铁复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

共轭高分子由于沿着其主链上的π电子的离域效应，而具有良好的电学和光学性能，因此在光电子和传感器方面得到了广泛研究应用^6-8。例如，聚二炔（PDA）可以在不同的外界刺激下产生颜色变化，常见的刺激因素包括温度、pH值、化学试剂、电流、应力和配体作用，典型的颜色变化是由蓝色变为红色，而且该颜色变化通过肉眼就可以观察到，从而使得聚二炔成为能够应用于传感器领域的理想材料。聚二炔变色是由于在外界刺激下聚二炔分子构象发生变化从而导致有效共轭链长变短所致。为扩大聚二炔的应用领域，相关科研人员进行了大量研究来实现聚二炔材料更多功能性的响应，最近又相继实现了电致变色和光致变色聚二炔复合材料的制备。但是，目前还没有关于磁场诱导聚二炔变色的报道，而磁致变色的聚二炔材料有望在生物医学等很多方面得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够磁致变色的聚二炔材料，并提供该材料的制备方法与应用。

本发明提供的磁致变色的聚二炔材料，是二炔单体中引入具有良好磁性能的材料， 并由紫外光诱导二炔聚合，形成的复合功能材料，使聚二炔在磁场作用下能够变色。其中，所述具有良好磁性能的材料为Fe₃O₄纳米粒子；所述二炔单体为CH₃(CH₂)₉C≡C―C≡C(CH₂)₃COOH，CH₃(CH₂)₉C≡C―C≡C(CH₂)₄COOH或CH₃(CH₂)₁₁C≡C―C≡C(CH₂)₈COOH，Fe₃O₄磁性纳米粒子与二炔单体质量比为1/100-1/10；

近年来，Fe₃O₄纳米粒子因具有超顺磁性而得到了广泛研究，目前合成方法、表征手段等已经比较成熟，是与聚二炔复合实现聚二炔磁致变色的理想材料^9-12。同时，超顺磁粒子因在交变磁场中可以发热。本发明将Fe₃O₄磁性纳米粒子与聚二炔材料通过自组装进行复合，得到具有优良性能可以在交变磁场中发生变色的高性能材料，图1是本发明实验机理过程示意图。将该材料放在交变磁场中一段时间后因粒子发热可以导致聚二炔发生变色，利用聚二炔的变色来达到对温度检测的目的。

Fe₃O₄超顺磁纳米粒子是通过共沉淀法制备^13-14，不加稳定剂，粒子表面干净，含有一定量的羟基，从透射电子显微镜图片（TEM，见图2a）可以看出粒子粒径在4-13nm，平均粒径8nm，粒子呈球形。粒子样品的X射线粉末衍射仪结果（XRD， 见图2b）表明，所制备的Fe₃O₄磁性纳米粒子具有立方反尖晶石结构，其典型的衍射峰反映了相关晶面信息（220）、（311）、（400）、（422）、（511）和（440）¹³。粒子的磁学性能是通过振动样品磁强计表征的（VSM，图2c），该测试在300K温度下进行，结果表明粒子呈现出超顺磁性，因为其磁滞回线显示矫顽磁性和剩磁均为零，而且其比饱和磁化强度高达77.7emu/g。

本发明提供的Fe₃O₄ /PDA复合材料的制备方法，其具体步骤为：

首先，将二炔单体溶于四氢呋喃（THF）中，配成15--25mg/mL的二炔单体溶液，用孔径滤膜对其进行过滤，滤掉不溶的已聚合部分和杂质；

然后，将二炔单体溶液稀释至8--12mg/mL，在超声辅助下向单体溶液中加入Fe₃O₄超顺磁纳米粒子，得到二炔单体和磁纳米粒子混合溶液；

再后，将混合溶液在平整基板上涂膜，常温下将溶剂挥干，得到Fe₃O₄/PDA复合膜；