可变形-变刚度双功能磁性智能材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种可变形

【技术实现步骤摘要】
可变形
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变刚度双功能磁性智能材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种智能材料，特别涉及一种在交变磁场激励下可发生形状变化，在恒定磁场激励下可发生模量变化的双功能磁流变弹性体智能材料及其制备方法，属于新型复合材料


技术介绍

[0002]智能材料，是指具有感知环境刺激(如电、光、热、应力、磁等)，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。而磁性智能材料顾名思义指的是能对磁场刺激作出某种响应的智能材料。
[0003]目前，磁流变弹性体是最前沿的智能材料之一，当外加磁场作用时，磁流变弹性体中的铁磁性颗粒被磁化，呈有序排列，在磁场方向形成链状柱状结构，导致剪切模量的增加，即磁流变效应。虽然磁流变弹性刚度可通过磁场实时可逆调节，但是目前磁流变弹性体材料功能集中在调节刚度上，缺乏主动变形能力，难以实现驱动功能。
[0004]当前常用变形致动材料，如磁力致动材料，磁极间引力牵引驱动材料弯曲变形，这种智能材料虽然能响应外加磁场刺激而弯曲，但是为了易于驱动以及保证变形量，需要材料具备较低的储能模量，这种对材料刚度小的需求很大程度上限制了材料的应用场景。
[0005]目前的磁性智能材料往往只能实现利用其中一种特性实现一种智能功能，尚难以实现形状驱动和磁场调控力学性能的两种功能的协同，严重限制了其进一步的应用。如磁流变弹性体刚度可调，却难以致动变形；常规致动材料又要求材料刚度小，且刚度不可调节。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种在交变磁场激励下可发生形状变化，在恒定磁场激励下可发生模量变化的变形
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变刚度双功能磁性智能材料及其制备方法，从而克服了现有可变形磁性智能材料的模量低且不可调；常规磁流变弹性体材料的致动性能差、难以变形、功能单一等现有技术中的不足。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]本专利技术实施例提供了一种可变形
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变刚度双功能磁性智能材料，其包括分散相和分散介质，所述分散相均匀分散于所述分散介质中，所述分散相包括软磁性纳米微粒和低沸点液体，所述分散介质为硅橡胶预聚体。
[0009]在一些优选实施例中，所述可变形
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变刚度双功能磁性智能材料中软磁性纳米微粒与硅橡胶预聚体的质量比为0.3～0.7：1。
[0010]在一些优选实施例中，所述可变形
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变刚度双功能磁性智能材料中低沸点液体与硅橡胶预聚体的质量比为0.05～0.4：1。
[0011]进一步地，所述低沸点液体的沸点低于150℃，优选包括甲醇、乙醇、水等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0012]进一步地，当所述可变形
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变刚度双功能磁性智能材料被置于交变磁场中时，软磁性纳米微粒因磁滞损耗产生热量，当热量达到低沸点液体气化点，低沸点液体气化膨胀，从而具有变形功能。
[0013]进一步地，当所述可变形
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变刚度双功能磁性智能材料被置于恒定磁场中时，相邻的软磁性纳米微粒因磁化相互吸引，储存模量增大，从而具有模量可调功能。
[0014]本专利技术实施例还提供了所述可变形
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变刚度双功能磁性智能材料的制备方法，其包括：
[0015]提供包含软磁性纳米微粒、低沸点液体与硅橡胶的混合预聚体；
[0016]将所述混合预聚体置于恒定磁场中，软磁性纳米微粒被磁化而呈现有序排列，在磁场方向形成链状结构，制得各向异性的硅橡胶预聚体；
[0017]使所述硅橡胶预聚体完全固化，软磁性纳米微粒的链状结构被保存，获得可变形
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变刚度双功能磁性智能材料。
[0018]本专利技术实施例还提供了所述可变形
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变刚度双功能磁性智能材料于柔性驱动器或智能机器人等领域中的应用。
[0019]较之现有技术，本专利技术的有益效果至少在于：
[0020]本专利技术将磁流变特性与低沸点液体气化相变膨胀结合起来，在磁流变弹性体具备刚度可调却难以致动变形的基础上，引入低沸点液体，复合制备出在恒定磁场下因磁流变效应智能调节刚度，在交变磁场下磁滞生热使低沸点液体气化膨胀驱动弯曲的复合磁性智能材料，实现可变形
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变刚度双功能特性。本专利技术提供的可变形
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变刚度双功能磁性智能材料实现了复杂驱动和力学性能可变的双功能协同；并且稳定性好，可应用到柔性驱动器、智能机器人等领域，应用前景广泛，制备方法简单易行，成本低廉，能循环使用。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本专利技术一典型实施方案中一种可变形
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变刚度双功能磁性智能材料的制备过程示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例1中四氧化三铁纳米微粒:无水乙醇:Econflex 00
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30＝3:4:10的磁性智能材料表面温度随交变磁场作用时间的关系曲线图；
[0024]图3是本专利技术实施例1中四氧化三铁纳米微粒:无水乙醇:Econflex 00
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30＝3:4:10的磁性智能材料线性膨胀比率随交变磁场作用时间的关系曲线图；
[0025]图4是本专利技术实施例1中四氧化三铁纳米微粒:无水乙醇:Econflex 00
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30＝3:4:10的磁性智能材料的实物形变效果图；
[0026]图5是本专利技术实施例1中四氧化三铁纳米微粒:无水乙醇:Econflex 00
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30＝3:4:10的磁性智能材料在交变磁场作用下储存模量随振荡应力的关系曲线图；
[0027]图6是本专利技术实施例2中四氧化三铁纳米微粒:去离子水:Econflex 00
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30＝7:0.5:10的磁性智能材料表面温度随交变磁场作用时间的关系曲线图；
[0028]图7是本专利技术实施例2中四氧化三铁纳米微粒:去离子水:Econflex 00
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30＝7:0.5:10的磁性智能材料线性膨胀比率随交变磁场作用时间的关系曲线图；
[0029]图8是本专利技术实施例2中四氧化三铁纳米微粒:去离子水:Econflex 00
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30＝7:0.5:10的磁性智能材料的实物形变效果图；
[0030]图9是本专利技术实施例2中四氧化三铁纳米微粒:去离子水:Econflex 00
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30＝7:0.5:10的磁性智能材料在交变磁场作用下储存模量随振荡应力的关系曲线图；
[0031]图10是本专利技术实施例3中四氧化三铁纳米微粒:无水乙醇:Eco本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变形
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变刚度双功能磁性智能材料，其特征在于包括分散相和分散介质，所述分散相均匀分散于所述分散介质中，所述分散相包括软磁性纳米微粒和低沸点液体，所述分散介质为硅橡胶预聚体。2.根据权利要求1所述的可变形
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变刚度双功能磁性智能材料，其特征在于：所述可变形
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变刚度双功能磁性智能材料中软磁性纳米微粒与硅橡胶预聚体的质量比为0.3～0.7：1，优选为0.4～0.6：1。3.根据权利要求1所述的可变形
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变刚度双功能磁性智能材料，其特征在于：所述软磁性纳米微粒包括软铁磁性纳米级微粒；优选的，所述软磁性纳米微粒的粒径为20～100nm。4.根据权利要求1所述的可变形
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变刚度双功能磁性智能材料，其特征在于：所述可变形
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变刚度双功能磁性智能材料中低沸点液体与硅橡胶预聚体的质量比为0.05～0.4：1，优选为0.15～0.35：1。5.根据权利要求1所述的可变形
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变刚度双功能磁性智能材料，其特征在于：所述低沸点液体的沸点低于150℃，优选包括甲醇、乙醇、水中的任意一种或两种以上的组合。6.根据权利要求1所述的可变形
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变刚度双功能磁性智能材料，其特征在于：所述硅橡胶预聚体包括Ecoflex 00
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50、Ecoflex 00
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30、Dragon skin 30、Beshow Skin30、Sylgard 184和T10中的任意一种或两种以上的组合。7.根据权利要求1所述的可变形
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变刚度双功能磁性智能材料，其特征在于：当...

【专利技术属性】
技术研发人员：程昱川，方明权，邵迎春，赵自辉，龙菲，李志祥，郭建军，孙爱华，高青青，许高杰，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：