[发明专利]有序取向排列的磁性纤维薄膜的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种有序取向排列的磁性纤维薄膜的制备方法及应用，将聚合物水溶液与磁性纳米颗粒混合，再采用电沉积法和磁场法双重诱导薄膜和磁性纳米颗粒的组装过程，最后将薄膜浸泡固化，即得有序取向排列的磁性纤维薄膜。本发明的磁性纳米颗粒表面与聚合物分子链分别携带相反电荷，两者通过静电作用自组装形成聚合物/磁颗粒纳米团簇，并在电场和磁场的双重作用下，通过通电‑断电震荡电信号，对薄膜和磁性纳米颗粒组装过程进行相对调控，使薄膜间歇性多步生长，同时实现了磁性纳米颗粒在薄膜中的多步富集组装，制备出有序取向排列的磁性纤维薄膜；同时实现了对薄膜生成厚度以及磁性纳米颗粒含量的有效控制，提升了磁性薄膜的整体性能。

技术领域

本发明涉及磁性薄膜材料技术领域，尤其涉及一种有序取向排列的磁性纤维薄膜的制备方法及应用。

背景技术

磁性复合膜材料在磁光电等多场智能传感、驱动及医疗领域具有广泛用途。目前，制备磁性复合膜材料常用的方法是通过向聚合物前驱液内加入磁性纳米材料，然后在外界物理化学作用下，使聚合物交联并将磁性纳米材料包埋在薄膜内，形成复合磁性薄膜材料。例如：发明专利(申请号为CN201710486163.9)公开了一种负载取向氧化锌纳米棒的纤维膜的制备方法，将高分子聚合物、醋酸锌溶于有机溶剂，向其中加入磁性纳米颗粒，混匀后得到静电纺丝溶液，通过磁场辅助静电纺丝技术制得有序的高分子聚合物/醋酸锌/磁性纳米颗粒纤维；并将纤维进行低温热处理，最后通过水热法制备负载取向氧化锌纳米棒的纤维膜。但是，此种方法以及目前采用相似方法制备磁性薄膜，一般会存在以下缺点：

(1)为了提高复合膜的磁响应性，通常依靠增加磁性纳米材料的浓度来实现，然而磁性纳米材料的热不稳定性较差，容易聚集，其在聚合物薄膜内分布不均匀，浓度过高会进一步加剧其聚沉或导致聚合物分子无法充分交联成膜，使制备的薄膜材料不均匀且力学性能大幅降低。

(2)通过外加磁场诱导磁性纳米颗粒沿磁场线有序排列，虽然可在一定程度提高其某些方面的性能，但磁性颗粒在磁场作用下响应速度较快，而聚合物交联成膜的过程相对较慢，所以无法有效控制其成膜过程与磁性颗粒组装排列同时有序进行，会导致薄膜上下表面区域颗粒分布差异较大。

(3)硬度较高的无机磁性纳米材料和聚合物分子之间界面相容性较差，作用力较弱，对其复合膜整体性能提升也有限制。

因此，现有技术中亟需一种可以在控制磁性纳米颗粒组装的同时实现对聚合物交联过程精确有效控制的磁性复合膜制备方法，且制备的磁性薄膜材料结构均匀、力学性能及综合性能良好。

有鉴于此，有必要设计一种改进的有序取向排列的磁性纤维薄膜的制备方法及应用，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有序取向排列的磁性纤维薄膜的制备方法及应用，选用表面带电荷聚合物与磁性纳米颗粒，两者通过静电作用自组装形成聚合物/磁颗粒纳米团簇，并继续在多场作用下，通过通电-断电模式对电/磁场诱导组装过程进行相对调控，制备出有序取向排列的磁性纤维薄膜，该薄膜材料具有更好的磁响应性、均匀取向的纤维状结构以及优异的力学性能。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种有序取向排列的磁性纤维薄膜制备方法，包括以下步骤：

S1、制备聚合物水溶液，该聚合物为分子链带电荷的天然高分子聚合物；

S2、向步骤S1的所述聚合物水溶液中加入磁性纳米颗粒，磁力搅拌0.5～4h，再超声处理20～40min，得到含有纳米团簇的前驱体液；所述磁性纳米颗粒表面带有与所述聚合物的分子链电荷相反的电荷；

S3、采用电沉积法和磁场法双重诱导薄膜和磁性纳米颗粒的组装过程；所述电沉积法采用震荡恒电流模式，利用通电-断电的震荡电信号调控薄膜和磁性纳米颗粒的组装；所述磁场法为通过外加磁场的方式诱导组装过程；

S4、将经过步骤S3后得到的薄膜浸泡于固化剂中浸泡固化，清洗后即得有序取向排列的磁性纤维薄膜。