本技术涉及一种磁性金属微粒及其制备方法,以及基于液态金属的磁性流体及其应用,属于材料科学领域。该磁性金属微粒由金属微粒和氧化铁镓组成,其中金属微粒表面覆盖氧化镓。通过将磁性金属微粒与液态金属基质混合,制得液态金属基磁性流体,其组分含量为:磁性金属微粒2~35份,液态金属基98~65份。该磁性流体可用于软机器人进行药物的靶向输送。此外,本发明还提供了一种集成上述磁性流体的电子皮肤,用于监测人体运动状态。
背景技术
液态金属基磁性流体因其快速的磁响应、优异的导电性和简单的制作工艺而在实际生产中有着广泛的应用。液态金属基磁性流体复合材料分为两相流体与三相聚合物。与三相液态金属基磁性聚合物相比,两相液态金属基磁性流体通常具有更高的灵活性和可操作性,更适合非结构化的工作条件。
在两相液态金属基磁性流体的制造过程中,即使磁性金属微粒与液态金属基质进行长时间的剧烈搅拌,也只有少数磁性金属微粒能伴随液态金属氧化物混入液态金属基质中,大部分磁性金属微粒只能贴附在液态金属基质外表面的氧化铁镓上。因此,迫切需要调整液态金属基质与磁性金属微粒界面处的可润湿性,增强磁性金属微粒与液态金属基质的相容性,从而获得性能更好的液态金属基磁性流体。
合成液态金属基磁性流体常用的方法是将磁性金属微粒放置在强酸或强碱溶液中。虽然借助酸碱溶液可以消除液态金属基质氧化层,促进磁性金属微粒混合进入液态金属基质中,但磁性金属微粒不能在液态金属基质中维持稳定的悬浮,并且液态金属基质容易与磁性金属微粒分离,酸碱性溶液也会损害磁性金属微粒的磁性。针对上述问题,文献“Nucleation and Growth of Polyaniline Nanofibers onto Liquid MetalNanoparticles”,C, Zhang. et al, Chemistry of Materials. 2020, 32, 4808–4819.DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c01615(“液态金属纳米粒子上聚苯胺纳米纤维的成核与生长”, C, Zhang等人, 材料化学. 2020, 32, 4808–4819. DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c01615)记载:在磁性金属Ni微粒表面包覆一层SiO2
外壳,然后将Ni@SiO2
与液态金属基质混合。虽然SiO2
外壳能够增强磁性Ni微粒与液态金属基质的相容性,并保护Ni颗粒在酸性条件下不受腐蚀,但SiO2
的绝缘特性会造成液态金属基磁性流体的导电性降低,限制了其在柔性电子中的应用。文献“Reactive wetting enabled anchoring ofnon-wettable iron oxide in liquid metal for miniature soft robot”,Y, Shen. etal, Nature Communications. 2023, 14, 6276. DOI: 10.1038/s41467-023-41920-4(“微型软机器人液态金属中不可润湿氧化铁的反应润湿锚固”,Y, Shen等人,《自然通讯》.2023, 14, 6276. DOI: 10.1038/s41467-023-41920-4)记载:在Fe微粒表面附着上一层聚多巴胺,能够将Ag附着在聚多巴胺上,形成Fe@Polydopamine@Ag复合材料,该材料可以与液态金属基质均匀混合而不影响液态金属电导率,但该制造方法复杂,需要额外步骤来生产聚多巴胺来覆盖铁颗粒。并且铁表面的Ag与液态金属基质的相容性也不佳。
实现思路