[发明专利]高透过率磁流变弹性体薄膜的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高透过率磁流变弹性体薄膜的制备方法与应用，涉及磁流变材料和聚合物光学材料领域。该制备方法包括：配制PDMS‑磁性纳米颗粒混合溶液后将其均匀旋涂于石英片衬底上，形成PDMS‑磁性纳米颗粒复合材料涂膜，然后对涂膜施加均匀强磁场并使磁场方向垂直于涂膜表面，对处于磁场中的涂膜进行固化处理后即得到具有高透过率的PDMS基磁流变弹性体薄膜。这种高透过率薄膜的折射率可以通过施加外磁场调节，因此可用于制造磁控光学元件。

技术领域

本发明涉及磁流变材料和聚合物光学材料领域，尤其涉及一种高透过率磁流变弹性体薄膜的制备方法与应用。

背景技术

磁流变弹性体(MagnetorheologicalElastomer,MRE)是一种智能材料，由有机粘弹性基体和分散其中的磁性微/纳米粒子组成，能对磁场、力或温度等外部刺激产生响应，在工程领域有广阔的应用前景。例如，MRE的机械性能可以通过施加磁场调节，因而可用于振动控制。外磁场还能改变MRE的电学性能，由此可用于制造磁控电子元件。此外，由于其多响应行为，MRE在传感器和执行器领域也展现了巨大的应用潜力。但是MRE在光学领域的应用研究很少。

聚合物和无机纳米粒子形成的复合材料可以用作光学材料，它既具有无机材料稳定、折射率可控的优点，又拥有有机材料易加工、抗冲击、透明性好的优点。有的有机/无机纳米复合光学材料在外界的刺激下能产生可逆的光学现象，如光致变色。但是关于对磁场产生响应的复合光学材料的报道却很少。

有机/无机纳米复合光学材料可以通过将已合成的无机纳米粒子直接加入聚合物基体形成，在这种情况下，无机纳米粒子会聚集成团，降低复合材料的透过率。当纳米粒子含量增加时，聚团现象加剧，从而极大地减小透过率。另一方面，如果纳米粒子含量过低，复合材料产生的特殊效应(如对外界刺激产生响应)又不够显著。如何在实现高透过率的前提下使复合材料呈现显著的特殊效应是需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高透过率磁流变弹性体薄膜的制备方法与应用。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括以下步骤：

所有步骤在普通试验室条件下实施。

A:配制PDMS-磁性纳米颗粒混合溶液：

1)将PDMS预聚物和固化剂(道康宁Sylgard184)以重量比10:1混合，并用玻璃棒搅拌均匀；

2)将步骤1)所得混合物与有机溶剂甲苯以重量比1:1混合，形成混合溶液，再进行搅拌使其均匀混合，然后将混合溶液放入80KHz超声波振荡仪中振荡5分钟，促进其进一步充分混合并去除气泡；

3)将磁性纳米颗粒与步骤2)所得溶液以适当重量比混合，搅拌均匀后放入80KHz超声波振荡仪中振荡5分钟，即得到PDMS-磁性纳米颗粒混合溶液；

B:制备高透过率磁流变弹性体薄膜：

4)将石英片(8×8×1mm)放入丙酮中，用超声波清洗仪清洗2分钟，取出后置于烘干仪上烘干，烘烤温度为100℃；

5)将步骤3)所得PDMS-磁性纳米颗粒混合溶液以适当的旋涂参数(转速、时间等)均匀旋涂于经步骤4)处理的石英片上,获得PDMS-磁性纳米颗粒复合材料涂膜；

6)将步骤5)获得的PDMS-磁性纳米颗粒复合材料涂膜置于500mT均匀强磁场中，并使磁场方向垂直于薄膜表面；

7)将经步骤6)处理后的涂膜连同对其施加磁场的装置放置于恒温箱中进行固化处理，温度为40℃，时间为24小时，待涂膜完全固化后即得到具有高透过率的PDMS基磁流变弹性体薄膜。