基于嵌入式磁性微粒子的新型聚合物基質(zhì)智能輕質(zhì)材料

開發(fā)了一種基于嵌入式磁性微粒子的新型聚合物基質(zhì)智能輕質(zhì)材料。采用發(fā)泡技術(shù)在樣品發(fā)泡過(guò)程中，通過(guò)施加磁場(chǎng)（MF）并沿著MF線誘導(dǎo)分散在聚合物中的磁性顆粒排列，從而使其形成鏈狀加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。與普通材料相比，該材料中的微粒子排列方式可以導(dǎo)致其力學(xué)性能各向異性，從而大大改善了沿著MF方向的機(jī)械剛度和強(qiáng)度。這種鏈狀結(jié)構(gòu)可以使輕質(zhì)材料具有磁敏感的能力。該材料的磁彈性的表征和應(yīng)用與具有時(shí)間依賴性的MF形狀有關(guān)。在低MF強(qiáng)度（低于200kA/m）下可以獲得較好的磁彈性能。

通過(guò)顯微鏡分析這種輕質(zhì)磁彈性材料的主要優(yōu)點(diǎn)（包括低密度、改進(jìn)的壓縮性能等）。制備該材料的具體過(guò)程是將鐵和鋇鐵氧體微粒分散在聚氨酯泡沫中，且在生產(chǎn)泡沫體期間通過(guò)使用MF來(lái)管理這些微粒的空間分布，使得這些磁性顆粒能夠沿著MF線重新排列成鏈狀結(jié)構(gòu)，而且這種結(jié)構(gòu)可以使聚合物在固化過(guò)程中被固結(jié)。

使用那些嵌入的鐵顆粒來(lái)制備泡沫體，相對(duì)于具有隨機(jī)分布的顆粒來(lái)說(shuō)，該顆粒沿著排列方向可以表現(xiàn)出更高的壓縮性能（以楊氏模量和抗壓強(qiáng)度計(jì)表示）。

通過(guò)施加具有固定應(yīng)變和不同波形的均勻性磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量該材料的應(yīng)力變化響應(yīng)，并研究了其磁性機(jī)械性能。研究結(jié)果表明，該材料的磁性機(jī)械響應(yīng)具有明顯依賴性，該材料樣品因其材料粒子的隨機(jī)分布表現(xiàn)出具有負(fù)變化效應(yīng)的壓縮應(yīng)力（負(fù)面影響）。此外，在預(yù)應(yīng)變值高于彈性應(yīng)變值時(shí)，可以通過(guò)施加磁場(chǎng)使得該材料的微粒沿磁場(chǎng)線排列，進(jìn)而減少屈曲（強(qiáng)化效應(yīng)）。

刊名：Smart Materials and Structures（英）

刊期：2016年第5期

作者：D'Auria M et al

編譯：陳少帥