Материалы, реагирующие на раздражители, привлекли внимание как исследователей, так и инженеров из-за их биометрического поведения, а также их потенциальной интеграции с интеллектуальными устройствами.
Любой природный или синтетический материал можно назвать чувствительным к раздражителям или умным материалом, когда он может реагировать на триггеры окружающей среды, такие как изменения температуры, рН, цвета, света, электрического тока, напряжения или магнитного поля, изменяя свои собственные свойства такие как размер, форма, площадь поверхности, проницаемость, механические свойства и оптические свойства.
В этой области исследований материалы на основе полимеров были разработаны в большом количестве и в основном изучаются из-за их высокой универсальности и в изменении их внутренних свойств в зависимости от небольших изменений окружающей среды.
Полимерные магниточувствительные мембраны (Polymeric magnetic-responsive membranes) в настоящее время привлекают исследователей своими улучшенными свойствами и интеллектуальными характеристиками. Они важны, потому что они могут изменить свою пористую природу и морфологию при приложении магнитного поля.
С развитием интеллектуальных материалов и нанотехнологий одним из основных направлений технологии мембранного разделения стали новые функциональные мембранные материалы с особой реакцией на стимулы.
Магниточувствительная мембрана представляет собой своего рода разделительную мембрану, изготовленную путем смешивания магнитных частиц и полимеров, которые могут реагировать на стимуляцию магнитным полем.
Магниточувствительная мембрана имеет преимущества низкого энергопотребления и высокой эффективности технологии мембранного разделения, а также магнитных и каталитических свойств магнитных частиц.
Реакция магнитных частиц на магнитное поле не только влияет на структуру и эффективность разделения мембраны, но также способствует ее смачиваемости и защите от обрастания.
Мембранная технология требует таких интеллектуальных материалов для решения нескольких уникальных проблем.
Противообрастающая активность считается одним из основных параметров подготовки мембран.
Поскольку «умные» мембраны, реагирующие на магнитное поле, могут изменять форму и размер своих пор под воздействием магнитного поля, загрязнения с поверхности мембраны можно довольно легко удалить с помощью обратной промывки. Кроме того, высокомагнитные наночастицы встраивают в полимерные мембраны для удаления из сточных вод специфических загрязнителей.
Интеллектуальные полимеры революционизируют область биомедицины (доставка лекарств, тканевая инженерия и биосенсоры), а также покрытия (умный текстиль и волокна) и микроэлектронику (приводы, электромеханика, мехатроника и робототехника).
Искусственные мышцы были созданы из жидкокристаллических полимеров и эластомеров. Комбинированные эффекты магнитной ориентации и температурного фазового перехода являются причиной объемных изменений и деформаций.
Жидкокристаллическим полимерам для их выравнивания требовались сильные магнитные поля (H примерно 103 кАм-1).
Эти полимеры имели низкую скорость переключения, но, несмотря на их интересные механические и термические свойства, их применение ограничено.
Еще одним недостатком таких полимеров является их время отклика, которое ограничивается их высокой вязкостью.
Для достижения соответствующего фазового перехода часто требуются высокие температуры.
Диффузионные процессы ограниченной системы (например, теплоты или массы), которая управляется воздействием поля (магнитного или электрического), могут иметь более короткое время отклика, чем естественные скелетные мышцы.
Для производства высокоэффективных магниточувствительных материалов магнитные наночастицы легируют полимерными материалами.
Магнитные наночастицы в основном состоят из неорганического вещества (в основном суперпарамагнитного оксида железа), а также «твердых» магнитных материалов, например, Co, Ni, FeN, FePt, FeP.
Магнитные моменты этих «маленьких» магнитов намного сильнее, чем у молекулярных магнитов. Следовательно, это позволяет им реагировать на слабые раздражители (статическое или переменное магнитное поле), что в конечном итоге производит значительные эффекты, например, тепловыделение, магнитный или оптический сигнал.
Полученные таким образом композиты можно назвать «магниточувствительными полимерными композитами». Большое разнообразие магниточувствительных полимерных композитов можно получить, комбинируя магнитные наночастицы с полимерным материалом, обладающим собственными свойствами.
Путем включения магнитных наночастиц в эластомерные полимерные каркасы можно получить контролируемые деформации, такие как растяжение или сжатие, изгиб удлиненного образца, отклонение мембраны, вращение анизотропных объектов, или разрыв капсулы.
Недавно были изучены композиты, изготовленные из биосовместимых полимерных матриц, для нацеливания и манипулирования магнитными клетками. Такие полимеры также нашли применение в сортировке и разделении.
Магнитные наночастицы, легированные термочувствительными полимерами, вызывали локальный нагрев при активации при воздействии переменного магнитного поля. Это явление было успешно использовано в приводах с памятью формы.
Смотрите также: Электроактивные полимеры и перспективы их использования