一种可重复显色的磁性水凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可重复显色的磁性水凝胶材料及其制备方法，属于材料领域。一种可重复显色的磁性水凝胶材料，所述可重复显色磁性水凝胶材料由富水凝胶网络与均匀分散在网络孔隙间的磁性纳米粒子组成，其中，所述磁性光子晶体纳米微粒具有核

【技术实现步骤摘要】
一种可重复显色的磁性水凝胶材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种可重复显色的磁性水凝胶材料及其制备方法，具体涉及一种在施加外磁场条件下能够瞬时调控生色的磁性水凝胶材料及其制备方法，属于材料领域。

技术介绍

[0002]磁场诱导光子晶体产生结构色，因其在施加外磁场的条件下能够快速响应与其可控显色等优异性能，近年来被广泛研究。单分散的超顺磁Fe3O4纳米粒子作为一种重要的磁响应变色材料，在磁场环境中能够组装成为一维链状光子晶体结构，因此衍射出鲜艳的结构色。然而，在水中分散的磁性纳米粒子由于其流动不定形性及不稳定性在很大程度上限制了其在实际场景中的应用。
[0003]目前，磁性光子晶体水相体系转换为固相体系的方法，大多是利用聚合物或水凝胶锁定其自组装形成的链状结构，但所得到的材料结构颜色固定，不再具有磁响应变色能力，或是结合温敏相变材料，制备温度响应性水凝胶，当温度发生改变时，水凝胶体积随之发生变化，导致水凝胶内部纳米光子晶体单元之间的间距发生改变，从而产生结构色变化，但是，该水凝胶无法控制颜色的瞬时响应，难以反复显色。因此，探索出一种可重复彩色显示且具有瞬时响应变色能力的固体材料，具有重要的意义和广阔的应用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种在施加外磁场的条件下能够瞬时、可重复显色的磁性水凝胶材料及其制备方法，集中了液态磁响应性光子晶体材料瞬时组装生色和固态水凝胶结构稳定的优点，具有广阔的应用前景。
[0005]一种可重复显色的磁性水凝胶材料，所述可重复显色的磁性水凝胶材料由富水凝胶网络与均匀分散在其网络孔隙间的磁性纳米粒子组成，
[0006]其中，所述磁性光子晶体纳米微粒具有核
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壳结构，磁性金属氧化物核的粒径范围为80～200nm，无机金属氧化物壳层的厚度为20～40nm；所述磁性金属氧化物为 Fe3O4、CoFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4中的一种；所述无机金属氧化物SiO2、TiO2、ZrO2中的一种。优选地，所述磁性纳米微粒为Fe3O4@SiO2、Fe3O4@TiO2、Fe3O4@ZrO2、 CoFe2O4@TiO2、CoFe2O4@SiO2、CoFe2O4@ZrO2、NiFe2O4@TiO2、NiFe2O4@ZrO2、 NiFe2O4@SiO2、MnFe2O4@ZrO2、MnFe2O4@SiO2、MnFe2O4@TiO2中的至少一种。
[0007]本专利技术所述可重复显色的磁性水凝胶材料是在施加外磁场条件下能够瞬时、重复调控生色的水凝胶材料。
[0008]上述所述“调控生色”指在施加磁场时，所述磁性水凝胶会产生颜色变化，去除磁场会回复至磁性水凝胶原来的颜色。同时，上述过程是可以无限次重复发生的。因此，所述磁性水凝胶具有瞬时和可重复的特点。
[0009]本专利技术所述可重复显色的磁性水凝胶材料中，所述富水凝胶网络为内部含有水的大孔洞网状结构水凝胶。
[0010]本专利技术所述可重复显色的磁性水凝胶材料中，富水凝胶网络与磁性纳米微粒总量的质量比为1：0.001～0.0158。
[0011]优选地，所述富水凝胶网络由水凝胶基体材料、水凝胶增稠剂和水构成，其中，水凝胶基体材料和水凝胶增稠剂的质量比为1:0.1～1，水凝胶基体材料和水凝胶增稠剂总重量与水的比例为0.1～2g:10mL。
[0012]进一步优选地，水凝胶基体材料和水凝胶增稠剂的质量比为7:3。
[0013]其中，水凝胶基体材料为聚异丙基丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、半纤维素、明胶、琼脂；所述水凝胶增稠剂为刺槐豆胶、卡波姆、赛比克、丙烯酰胺二甲基牛磺酸铵/VP 共聚物、黄原胶、羟乙基纤维素中的至少一种。
[0014]进一步地，所述水凝胶材料为琼脂糖。琼脂糖是D
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半乳糖和3,6脱水的L
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半乳糖连接构成的多链糖，在热水溶液中，琼脂糖为粘稠的液相，冷却时依靠糖基间的氢键引力使得聚糖链螺旋，聚集形成内部含有大量水的网状结构水凝胶。
[0015]进一步地，所述增稠剂为刺槐豆胶作。利用其与琼脂糖之间良好的水凝胶协同效应，提高琼脂糖水凝胶的破裂强度。
[0016]进一步地，琼脂糖和刺槐豆胶的复配比选择为7:3时，具有良好的强度与韧性。
[0017]优选地，所添加琼脂糖和刺槐豆胶总质量与水的比例为为0.1～2g：10mL。
[0018]进一步地，复配胶液在85～95℃水浴温度下溶解。
[0019]更进一步地，所述富水凝胶材料由琼脂糖、刺槐豆胶和水制备所得，琼脂糖和刺槐豆胶的质量比为7:3。
[0020]优选地，所述磁性纳米微粒按如下方法制备：在高压反应釜中加入金属盐、二乙二醇和乙二醇的混合溶剂，再加入柠檬酸钠配体、碱，在高压反应釜中制备得到磁性金属氧化物核纳米微粒；将磁性金属氧化物核纳米微粒水分散液、氨水和无水乙醇混合后超声分散，在室温条件下加入无机金属氧化物前驱体，高速搅拌反应，从而在磁性金属氧化物核纳米微粒表面包覆上稳定无机氧化物壳层，得到包覆的磁性纳米粒子。
[0021]所述金属盐为FeCl3、CoCl2、Ni(NO3)2、MnCl2；所述磁性纳米团簇核材料为Fe3O4、 CoFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4；所述无机氧化物前驱体为正硅酸四乙酯、钛酸四丁酯和锆酸四丁酯，其中，所述磁性金属氧化物核纳米微粒直径通过添加碱的量控制，磁性金属氧化物核纳米微粒水分散液浓度为15～16mg/mL；所述无机氧化物前驱体与磁性金属氧化物核纳米微粒水分散液按体积比0.03～0.06:1的量加入。
[0022]上述技术方案中，所述磁性纳米粒子的磁性金属氧化物核的粒径可通过添加体积比分别为3：1～1：3的二乙二醇和乙二醇试剂调控在80～200nm范围内。
[0023]本专利技术的另一目的是提供上述可重复显色磁性水凝胶材料的制备方法。
[0024]一种可重复显色磁性水凝胶材料的制备方法，所述方法包括下述步骤：
[0025](1)制备磁性光子晶体纳米微粒水分散液，所述光子晶体纳米微粒分散液浓度为10～20mg/mL；
[0026](2)将水凝胶材料与其增稠剂按质量比加入去离子水中，85～95℃水浴磁力搅拌溶解，得到复配胶液；
[0027](3)将步骤(2)所得复配胶液与步骤(1)所得磁性光子晶体纳米微粒水分散液按体
积比1:1混合，降温至45～60℃，400～600rpm速度搅拌除泡并使其均匀混合，装入模具，室温外加磁场下静置固化，得到可重复显色的磁性水凝胶材料。
[0028]本专利技术的有益效果为：专利技术了一种在外磁场调控下可重复生色的水凝胶材料。首先采用“一锅法”将水凝胶基体材料与其增稠剂共同在沸水中溶解形成悬浮胶液，与自制备的磁性胶体粒子共混，降温至45～60℃范围高速搅拌数分钟，接着将混合好的胶液倒入模具，外加磁场的条件下静置，室温冷却形成水凝胶。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可重复显色的磁性水凝胶材料，其特征在于：所述可重复显色磁性水凝胶材料由富水凝胶网络与均匀分散在网络孔隙间的磁性纳米粒子组成，其中，所述磁性纳米微粒具有核
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壳结构，磁性金属氧化物核的粒径范围为80～200nm，无机金属氧化物壳层的厚度为20～40nm；所述磁性金属氧化物为Fe3O4、CoFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4中的一种；所述无机金属氧化物为SiO2、TiO2、ZrO2中的一种。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述磁性光子晶体纳米微粒为Fe3O4@SiO2、Fe3O4@TiO2、Fe3O4@ZrO2、CoFe2O4@TiO2、CoFe2O4@SiO2、CoFe2O4@ZrO2、NiFe2O4@TiO2、NiFe2O4@ZrO2、NiFe2O4@SiO2、MnFe2O4@ZrO2、MnFe2O4@SiO2、MnFe2O4@TiO2中的至少一种。3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述可重复显色的磁性水凝胶材料是在施加外磁场条件下能够瞬时、重复调控生色的水凝胶材料。4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述富水凝胶网络为内部含有水的网状结构水凝胶。5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述可重复显色的磁性水凝胶材料中，富水凝胶网络与磁性光子晶体纳米微粒总量的质量比为1：0.001～0.0158。6.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述富水凝胶网络由水凝胶基体材料、水凝胶增稠剂和水构成，其中，水凝胶基体材料和水凝胶增稠剂的质量比为1:0.1～1，水凝胶基体材料和水凝胶增稠剂总重量与水的比例为0.1～2g:10mL。其中，水凝胶基体材料为聚异丙基丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、半纤维素、明胶、琼脂；所述水凝胶增稠剂为刺槐豆胶、卡波姆、赛比克、丙烯酰胺二甲基牛...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐炳涛，臧卓，张宇昂，张淑芬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：