具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本文中的术语的含义如下：

“磁性粒子”为永磁性或软磁性的微纳米粒子。

“结构化”是指制备的微纳米磁性纤维的截面可以制备成任意需要的结构，例如单一浓度磁性粒子掺杂的结构、多浓度磁性粒子掺杂的结构、含包层结构，无包层结构、含高熔点功能材料层结构等；且纤维横截面可以为任意形状。

“预制棒”是可以用来拉制纤维的材料预制件，其结构决定了纤维的结构。

“热拉制”是指通过热源对预制棒的部分区域进行加热，使预制棒软化，再从加热区域的一端或两端进行手动或机械拉伸，也称为“热拉丝”。

“可共拉功能材料”是指材料参数、热膨胀系数和软化温度等与磁性复合材料匹配，从而可与磁性复合材料一起热拉制成微纳米磁性纤维的材料。

“材料热膨胀系数”是指材料由于温度改变而有胀缩现象，材料热膨胀系数匹配，是指不同材料具备相同或接近的热膨胀系数。材料热膨胀系数的匹配能确保纤维结构与预制棒结构的一致性。

“玻璃化转变温度”是指非晶态材料中分子链段能运动的最低温度，热拉过程在微观上表现为材料分子链的运动，因此热拉温度要在玻璃化转变温度之上。玻璃化转变温度匹配是指不同材料具有相同或接近的玻璃化转变温度，确保不同材料可以一起热拉制成纤维。

“熔点匹配”是指功能材料的熔点要接近或高于所用非晶态材料的玻璃化转变温度，确保功能材料在纤维热拉制温度下能与非晶态材料共同形成纤维。

“机械同步”是指在热拉制过程中，磁性结构化预制棒与高熔点功能层的材料以相同的牵引速度，同步进行拉伸。

“热塑性聚合物”指的是能反复加热熔化、在软化或流动状态下成型，冷却后能保持模具形状的聚合物，为线型或含少量支链结构的高分子化合物。

“PMMA”为聚甲基丙烯酸甲酯，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，是经常使用的玻璃替代材料。

“SMMA”为苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物，是一种聚丙烯酸树脂共聚物。

“COC”为环烯烃共聚物，是一种由环烯烃聚合而成的高附加值的热塑性工程塑料，由于其具有高透明性、低电介常数、优良的耐热性、耐化学性、熔体流动性、阻隔性及尺寸稳定性等，被广泛地应用于制造各种光学、信息、电器、医用材料。

“COP”为环烯烃聚合物，是用于医学用光学部件和高端药品包装材料，其原料特点为：高透明、低双折射率、低吸水、高刚性、高耐热、水蒸气气密性好，复合FDA标准。

“PC”为聚碳酸酯，是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族－芳香族等多种类型。

“PPSU”为聚亚苯基砜树脂，是一种无定形的热性塑料，具有高度透明性、高水解稳定性。

“PES”为聚醚砜，通常是非晶态聚合物，与聚砜相比，聚醚砜有更好的熔融加工性和较低的熔体粘度，成型收缩率小(仅为0.6％左右)，尺寸稳定性好。

“PEI”为聚醚酰亚胺，是无定形聚醚酰亚胺所制造的超级工程塑料，具有最佳之耐高温及尺寸稳定性，以及抗化学性、阻燃、电气性、高强度、高刚性等等，可广泛应用耐高温端子，IC底座、照明设备、FPCB(软性线路板)、液体输送设备、飞机内部零件、医疗设备和家用电器等。

“PS”为聚苯乙烯，是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物。它是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于100℃的玻璃转化温度，因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭盒等。

“PP”为聚丙烯，是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料。具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等。

“含氟树脂”为分子结构中含有氟原子的一类热塑性树脂。具有优异的耐高低温性能、介电性能、化学稳定性、耐候性、不燃性、不粘性和低的摩擦系数等特性。

“PVDF”为聚偏氟乙烯，主要指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其它少量含氟乙烯基单体的共聚物，它兼具含氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热点性等特殊性能。

“PA”为聚酰胺树脂，是分子中具有-CONH结构的缩聚型高分子化合物，它通常由二元酸和二元胺经缩聚而得。聚酰胺树脂最突出的优点为软化点的范围特别窄，而不象其它热塑性树脂那样，有一个逐渐固化或软化的过程，当温度稍低于熔点时就引起急速地固化。

“PE”为聚乙烯，是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上，也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-100℃～-70℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)。

“PET”为聚对苯二甲酸乙二醇酯，又俗称涤纶树脂。它是对苯二甲酸与乙二醇的缩聚物，属结晶型饱和聚酯，为乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。耐蠕变、抗疲劳性、耐摩擦性好，磨耗小而硬度高问，具有热塑性塑料中最大的韧性；电绝缘性能好，受温度影响小。

“PAN”为丙烯腈树脂，其主要单体是丙烯腈，它提供良好的气体阻挡层、耐化学药品性和保气、保味性能。这种树脂具有中等强度的拉伸强度，当用橡胶改性或定向后具有良好的抗冲性，并且可以通过挤塑、注塑成型和热成型等手段进行加工。

“PVA”为聚乙烯醇，是一种用途广泛的水溶性高分子聚合物，其性能介于塑料和橡胶之间。

“PVC”为聚氯乙烯，是氯乙烯经加成聚合反应得到的的高分子材料。

“PU”为聚氨酯树脂，是分子结构中含有氨基甲酸酯基团(-NH-COO-)的聚合物。

“SEBS”为聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物。

“ABS”为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。

“PVDF”为聚偏二氟乙烯，是一种高度非反应性热塑性含氟聚合物。

“PEG”为聚乙二醇，也称聚环氧乙烷，是指环氧乙烷的聚合物。

“PTT”为聚对苯二甲酸丙二酯，这种材料兼有涤纶和锦纶的特点。

“硫系玻璃”为以硫化物、硒化物、锑化物为主要成分的玻璃，也包括含有氧化物的硫系化合物玻璃，硫系玻璃的加工效率高，可以精密模压。

“DMAC”为二甲基乙酰胺，是一种非质子高极性溶剂，有微氨气味，溶解力很强，能与水、芳香族化合物、酯、酮、醇、醚、苯和三氯甲烷等任意混溶，且能使化合物分子活化，广泛用作溶剂及催化剂。

“DMF”为二甲基甲酰胺，是一种无色透明液体，能和水及大部分有机溶剂互溶，是化学反应的常用溶剂。

“磁性粒子直径”，当磁性粒子为球体时，磁性粒子直径为球体的直径；当磁性粒子为非球体时，磁性粒子直径为非球体体积等于球体体积时计算所得到的直径。

“纤维直径”，当纤维为圆形截面时，纤维直径为圆形的直径；当纤维为非圆形截面时，纤维直径为非圆形截面面积等于圆形截面面积时计算所得到的直径。

本申请提供一种微纳米磁性纤维的制备方法，其特征在于，所述微纳米磁性纤维包括芯层，所述制备方法包括以下步骤：

复合：将磁性粒子与基材进行复合，得到磁性复合材料；

加工：利用所述磁性复合材料制备磁性结构化预制棒；

热拉制：将所述磁性结构化预制棒采用热拉制工艺制备微纳米磁性纤维。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述复合步骤中，将磁性粒子与基材进行复合，得到多种磁性复合材料，制备各种磁性复合材料的基材可不同，各种磁性复合材料两两之间，磁性粒子的掺杂浓度(磁性粒子占该种磁性复合材料的质量百分含量)可不同，也可以相同；所述加工步骤中，利用所述多种磁性复合材料直接制备所述磁性结构化预制棒，或者，利用所述多种磁性复合材料分别制备多种预制棒，再利用多种预制棒制备结构化预制棒。

在上述具体实施方式中，本申请的方法，各种磁性复合材料中，每种磁性复合材料中的磁性粒子的质量百分含量可在0.01wt.％～75wt.％范围内不同或相同，例如可为0.01wt.％、0.1wt.％、1wt.％、5wt.％、10wt.％、20wt.％、30wt.％、40wt.％、50wt.％、51wt.％、52wt.％、53wt.％、54wt.％、55wt.％、56wt.％、57wt.％、58wt.％、59wt.％、60wt.％、61wt.％、62wt.％、63wt.％、64wt.％、65wt.％、66wt.％、67wt.％、68wt.％、69wt.％、70wt.％、71wt.％、72wt.％、73wt.％、74wt.％、75wt.％等。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述复合步骤中，利用化学方法或物理方法或化学方法与物理方法相结合的方法将磁性粒子与基材进行均匀复合，得到磁性复合材料颗粒、磁性复合材料薄膜或磁性复合材料粉末。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述化学方法包括以下步骤：

(1)使用溶剂化学溶解所述基材；

(2)向所述基材中掺杂所述磁性粒子；

(3)超声搅拌分散所述掺杂磁性粒子的基材，得到胶体溶液。

在上述实施方式的优选实施方式中，得到胶体溶液后，所述化学方法还包括：步骤(4)真空干燥，得到磁性复合材料。

在一个具体实施方式中，所述溶剂可选自但不限于丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基甲酰胺(DMF)、氯仿、环己烷、甲苯、乙苯、异丙苯、二甲苯、溴苯、氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、四氯乙烷、四氯乙烯、苯乙烯、柠檬烯溶剂、乙酸乙酯、乙酸丁酯中任意一种或两种以上。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述物理方法包括以下步骤：

(1)物理热熔融所述聚合物，即在玻璃化转变温度以上处理所述聚合物，从而使聚合物在分子水平上有效地混合；

(2)向上述热熔融的聚合物中掺杂所述磁性粒子，形成混合物；

(3)将所述混合物以一定的压力、速度和形状挤出形成磁性复合材料。

在一个具体实施方式中，还可将得到的磁性复合材料均匀铺开，呈现薄膜状，即为磁性复合材料薄膜，薄膜态复合材料可直接用来加工磁性结构化预制棒。在一个优选的实施方式中，为保证磁性结构化预制棒中磁性粒子的掺杂均匀性，可将上述磁性复合材料薄膜通过打碎机机械打碎成颗粒或粉末态，分别得到磁性复合材料颗粒或磁性复合材料粉末，然后用以加工磁性结构化预制棒。

在一个优选的实施方式中，利用所述化学方法得到磁性复合材料薄膜。相比于物理方法，化学方法的磁性粒子掺杂更均匀。

在一个具体实施方式中，利用化学方法与物理方法相结合的方法将磁性粒子与基材进行均匀复合，相比于物理方法，磁性粒子掺杂更均匀。所述化学方法与物理方法相结合的方法包括以下步骤：

(1)使用溶剂化学溶解所述基材；

(2)向所述基材中掺杂所述磁性粒子；

(3)超声搅拌分散所述掺杂磁性粒子的基材，得到胶体溶液。

(4)将所述胶体溶液真空干燥，得到固态材料。

(5)将上述固态材料加热至玻璃化转变温度以上，以一定的压力、速度和形状挤出形成磁性复合材料。

在一个具体实施方式中，所述聚合物选自且不限于如下一种或两种以上：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、掺杂有氟化聚合物的PMMA复合材料(F-PMMA)、苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物(SMMA)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚亚苯基砜树脂(PPSU)、聚醚砜树脂(PES)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚胺酯(PU)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEG)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)和聚醚；所述玻璃选自且不限于如下一种或两种以上：硫系玻璃、锗酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、金属氧化物玻璃、硅酸盐玻璃、锗硅酸盐玻璃和氟化物玻璃。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述磁性粒子选自如下一种或两种以上：金属磁性粒子、金属化合物磁性粒子、金属合金磁性粒子；优选地，所述金属磁性粒子可选自但不限于铁磁性粒子、钴磁性粒子、镍磁性粒子；所述金属化合物磁性粒子可选自但不限于金属氧化物磁性粒子；所述金属氧化物磁性粒子可选自但不限于Fe₃O₄磁性粒子、γ-Fe₂O₃磁性粒子；所述金属合金磁性粒子可选自但不限于镍钴合金磁性粒子、铁钴合金磁性粒子、钕铁硼合金(NdFeB)磁性粒子、钐钴合金(SmCo)磁性粒子。

在一个优选实施方式中，本申请的方法，所述磁性粒子可选自如下一种或两种以上：铁磁性粒子、钴磁性粒子、镍磁性粒子，Fe₃O₄磁性粒子、γ-Fe₂O₃磁性粒子、钕铁硼合金磁性粒子、钐钴合金磁性粒子、镍钴合金磁性粒子和铁钴合金磁性粒子。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述磁性粒子直径为0.005～250μm，例如可为0.005μm、0.01μm、0.05μm、0.1μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm等。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述微纳米磁性纤维包括芯层，所述加工步骤中，利用所述磁性复合材料制备磁性结构化预制棒，其中，所述磁性复合材料可为一种或多种，多种磁性复合材料的基材可不同，也可相同，多种磁性复合材料两两之间，所含磁性粒子的质量百分含量可不同，也可相同。所述磁性复合材料最终形成微纳米磁性纤维中的芯层。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述微纳米磁性纤维包括芯层和包层，所述加工步骤中，利用所述磁性复合材料与包层的材料制备所述磁性结构化预制棒，其中，所述磁性复合材料可为一种或多种，多种磁性复合材料的基材可不同，也可相同，多种磁性复合材料两两之间，所含磁性粒子的质量百分含量可不同，也可相同。所述磁性复合材料用于形成微纳米磁性纤维中的芯层，所述包层的材料用于形成微纳米磁性纤维中的包层。所述包层的材料的热膨胀系数与所述磁性复合材料的热膨胀系数匹配；或者，所述包层的材料的玻璃化转变温度或熔点分别低于所述磁性复合材料的玻璃化转变温度或熔点。具体地，所述包层包括基材，所述基材选自如下一种或两种以上：聚合物、无机玻璃材料及其复合材料；所述聚合物可选自但不限于如下一种或两种以上：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、掺杂有氟化聚合物的PMMA复合材料(F-PMMA)、苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物(SMMA)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚亚苯基砜树脂(PPSU)、聚醚砜树脂(PES)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚胺酯(PU)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEG)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)和聚醚；所述玻璃可选自但不限于如下一种或两种以上：硫系玻璃、锗酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、金属氧化物玻璃、硅酸盐玻璃、锗硅酸盐玻璃和氟化物玻璃。

在一个具体实施方式中，所述包层包括磁性粒子和基材，将磁性粒子与基材进行复合，得到包层的材料。所述复合与制备磁性复合材料时的复合方法相同。

在一具体实施方式中，所述包层只包括基材，不包括磁性粒子。

在本申请中，所述磁性微纳米纤维具有包层时，所述包层为最外面一层分散有磁性粒子或不含有磁性粒子的层。所述芯层为所述包层包裹的含有磁性粒子的一层或多层。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述微纳米磁性纤维包括芯层和高熔点功能层，所述热拉制步骤中，所述磁性结构化预制棒包覆所述高熔点功能层的材料，且与所述高熔点功能层的材料机械同步地采用热拉制工艺制备所述微纳米磁性纤维，实现热拉制成微纳米磁性纤维过程中对高熔点功能层材料的包覆。其中，所述高熔点功能层的材料的玻璃化转变温度及熔点分别高于所述磁性复合材料的玻璃化转变温度及熔点，所述高熔点功能层的材料为纤维态的材料或为可加工成纤维态的材料，例如，可为石英光纤、金属电极和半导体材料等。所述高熔点功能层的材料用于形成高熔点功能层。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述微纳米磁性纤维包括芯层、包层和和高熔点功能层，所述加工步骤中，利用所述磁性复合材料与包层的材料制备所述磁性结构化预制棒，其中，所述磁性复合材料可为一种或多种，多种磁性复合材料的基材可不同，也可相同，多种磁性复合材料两两之间，所含磁性粒子的质量百分含量可不同，也可相同；所述热拉制步骤中，所述磁性结构化预制棒包覆所述高熔点功能层的材料，且与所述高熔点功能层的材料机械同步地采用热拉制工艺制备所述微纳米磁性纤维。其中，所述磁性复合材料用于形成微纳米磁性纤维中的芯层，所述包层的材料用于形成微纳米磁性纤维中的包层；所述高熔点功能层的材料用于形成高熔点功能层。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述加工步骤中，利用薄膜卷绕法、热压制法、挤出成型法、3D打印法中的一种或两种以上方法制备所述磁性结构化预制棒；进一步地，所述方法还可包括如下一种或两种以上方法：机械加工法、组装法及热固化法。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述磁性复合材料为一种或两种以上磁性复合材料薄膜，利用薄膜卷绕法加工磁性结构化预制棒，首先将一种磁性复合材料薄膜经过热压制、机械加工得到柱状的原始预制棒，然后顺次将另外几种磁性复合材料薄膜卷绕在原始预制棒上，另外几种磁性复合材料薄膜分别形成一个预制棒，再对各预制棒进行热固化处理，得到最终的磁性结构化预制棒。其中，所述各磁性复合材料薄膜的杨氏模量为0.01～1GPa，例如可为0.01GPa、0.02GPa、0.03GPa、0.04GPa、0.05GPa、0.06GPa、0.07GPa、0.08GPa、0.09GPa、0.1GPa、0.15GPa、0.2GPa、0.25GPa、0.3GPa、0.35GPa、0.4GPa、0.45GPa、0.5GPa、0.55GPa、0.6GPa、0.65GPa、0.75GPa、0.8GPa、0.85GPa、0.9GPa、0.95GPa、1GPa。

热压制法是指将磁性复合材料等材料在加热并同时加压的条件下，使材料成型并烧结成预制棒的方法。在一个具体实施方式中，本申请的方法，利用热压制法加工磁性结构化预制棒。根据热压制模具的设置，可以将磁性复合材料压制成各种形状，每次压制出一个预制棒，可以对不同的预制棒利用机械加工法和组装法，制备磁性结构化预制棒。具体的，机械加工法可将长方体的预制棒切割成圆柱体、圆环体的预制棒。更具体的，圆柱体的预制棒还可与圆环体的预制棒利用组装法制备磁性结构化预制棒。可选地，所述机械加工切割得到的不同形状预制棒还可用于其它方法，例如薄膜卷绕法、挤出成型法、3D打印法。其中，热压温度不低于所述磁性复合材料的玻璃化转变温度或熔点，所述热压温度为25～600℃，优选为120～250℃，例如可为25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃、85℃、95℃、105℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃；所述热压时间为5～600min，优选为10～20min，例如可为5min、10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min、20min、25min、30min、35min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、120min、140min、180min、22min、260min、300min、340min、380min、420min、460min、500min。

“挤出成型法”是将材料放入模具中，然后用强力挤压使其通过孔模成型制备预制棒的方法。在一个具体实施方式中，本申请的方法，利用挤出成型法加工磁性结构化预制棒。可选的，本申请中可将多种磁性复合材料放入一个模具中，直接挤压出含有多种磁性复合材料的磁性结构化预制棒；还可将多种磁性复合材料分别放入模具中，分别挤压成不同的预制棒，再将这些预制棒利用组装法、热固化法、机械加工法中的一种或两种或三种制备最终的磁性结构化预制棒。其中，挤出温度不低于所述磁性复合材料的玻璃化转变温度或熔点，所述挤出温度为50～700℃，优选为200～400℃，例如可为50℃、70℃、90℃、110℃、130℃、150℃、170℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、500℃、600℃、700℃。

“3D打印法”是一种以数字模型文件为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式来快速构造物体的方法。在一个具体实施方式中，本申请的方法，利用3D打印法直接加工所述磁性结构化预制棒。在另一个具体实施方式中，利用3D打印法加工得到预制棒之后，可以再使用其它方法如薄膜卷绕法、热压制法、挤出成型法制备最终的磁性结构化预制棒。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述微纳米磁性纤维包括芯层，所述热拉制步骤中得到的微纳米磁性纤维同时可作为纤维态的结构化磁性复合材料，使用3D打印法进行二次加工和二次热拉制，具体的，本申请的方法包括以下步骤：

复合：将磁性粒子与基材进行复合，得到磁性复合材料；

加工：用薄膜卷绕法、热压制法、挤出成型法、3D打印法中的一种或两种以上方法制备所述磁性结构化预制棒；

热拉制：将所述磁性结构化预制棒采用热拉制工艺制备微纳米磁性纤维；

二次加工：利用所述微纳米磁性纤维通过所述3D打印法制备磁性结构化预制棒二；

二次热拉制：将所述磁性结构化预制棒二采用热拉制工艺制备所述微纳米磁性纤维二。

在上述具体实施方式的可选实施方式中，所述微纳米磁性纤维二包括包层二，所述二次加工步骤中，利用所述微纳米磁性纤维与所述包层二的材料通过3D打印法制备所述磁性结构化预制棒二；

在上述具体实施方式的可选实施方式中，所述微纳米磁性纤维二包括高熔点功能层二，所述磁性结构化预制棒二包覆所述高熔点功能层二的材料，且与所述高熔点功能层二的材料机械同步地采用热拉制工艺制备所述微纳米磁性纤维二。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述加工步骤中所述3D打印法制备所述磁性结构化预制棒的打印温度，以及所述二次加工步骤中所述3D打印法制备所述磁性结构化预制棒二的打印温度均不低于所述磁性复合材料的玻璃化转变温度或熔点；所述打印温度为50～700℃，优选为200～400℃，例如可为50℃、70℃、90℃、110℃、130℃、150℃、170℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、500℃、600℃、700℃。

“热固化法”是通过改变分子的能量来固化胶粘剂体系的方法，本申请中是指不同预制棒之间通过加热固化的方法来进行制备得到最终的磁性结构化预制棒。在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述加工步骤中，所述热固化法的固化温度不低于所述磁性复合材料的玻璃化转变温度或熔点；所述固化温度为50～500℃，优选为150～300℃，例如可为50℃、70℃、90℃、110℃、130℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、450℃、500℃；所述固化时间为1～500min，优选为20～40min，例如可为1min、5min、10min、15min、20min、22min、24min、26min、28min、30min、32min、34min、36min、38min、40min、100min、130min、160min、190min、220min、250min、280min、310min、340min、370min、400min、430min、460min、490min、500min。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述基材、所述磁性复合材料和所述微纳米磁性纤维在使用前均进行真空干燥；所述真空干燥温度为20～300℃，优选为60～150℃，例如可为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃等；所述真空干燥时间为2～2000h，优选为12～50h，例如可为2h、4h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h、26h、28h、30h、32h、34h、36h、38h、40h、42h、44h、46h、48h、50h、60h、80h、100h、300h、500h、700h、1000h、1200h、1400h、4600h、1800h、2000h等。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述热拉制工艺的温度为25～600℃，优选为230～400℃，例如可为25℃、50℃、75℃、100℃、125℃、150℃、175℃、200℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃；所述热拉制工艺的张力为0～500g，优选为10～50g，例如可为0g、2g、4g、6g、8g、10g、12g、14g、16g、18g、20g、22g、24g、26g、28g、30g、32g、34g、36g、38g、40g、42g、44g、46g、48g、50g、100g、150g、200g、250g、300g、350g、400g、450g、500g；所述热拉制工艺的牵引速度为0.1m/min～5000m/min，例如可为0.1m/min、1m/min、10m/min、100m/min、300m/min、500m/min、700m/min、900m/min、1000m/min、2000m/min、3000m/min、4000m/min、5000m/min。

图1为本申请一个具体实施方式的利用热拉制工艺制备微纳米磁性纤维的装置示意图。预制棒夹具2负责加持固定预制棒1以及送棒，拉丝塔加热炉3负责局部加热预制棒1，从而使其软化，待预制棒下端掉落后，闭合拉丝塔的牵引装置5，实现预制棒1热拉丝制备微纳米磁性纤维。纤维直径可通过控制夹具的送棒速度以及牵引装置的牵引速度实现控制。纤维通过纤维激光测径仪4实时观测纤维直径。通过拉丝塔的纤维收集装置6实现纤维的收集。

在一个具体实施方式中，本申请的方法，所述微纳米磁性纤维的结构由所述磁性结构化预制棒的结构决定。所述磁性结构化预制棒和微纳米磁性纤维的结构不限，其结构在沿着纤维轴向的方向上保持一致。可为任意一种轴向不变结构，更具体地，按照磁性粒子浓度的分布，所述结构可为单一浓度磁性粒子掺杂结构、多浓度磁性粒子掺杂结构；按照包层的有无，可分为含包层结构和无包层结构；所述结构还可为含高熔点功能层结构等。如图2A～2C所示，为单一浓度磁性粒子掺杂的微纳米磁性纤维不同形状的横截面示意图。如图3A～3C所示，为多浓度磁性粒子掺杂结构的微纳米磁性纤维不同形状的横截面示意图，具体为多层结构芯层结构(也可称为“径向浓度分布掺杂结构”)的微纳米磁性纤维横不同形状的横截面示意图。如图4A～4F所示，为多浓度磁性粒子掺杂结构的微纳米磁性纤维不同形状的横截面示意图，具体为具有多个非离散的条状结构的芯层的微纳米磁性纤维不同形状的横截面示意图。如图5所示，为含高熔点功能层结构的微纳米磁性纤维圆形横截面示意图，具体为含集成有石英光纤(白色)与金属电极(黑色)的微纳米磁性纤维圆形横截面示意图。如图6所示，为多浓度磁性粒子掺杂结构的微纳米磁性纤维圆形横截面示意图，具体为具有两个离散的条状结构的芯层、且包括包层的微纳米磁性纤维圆形横截面示意图。

在一个具体实施方式中，图2A～图6中颜色深浅可用来区分微纳米磁性纤维的包层、芯层、和高熔点功能层，或者可以表示其中磁性粒子掺杂浓度的高低，颜色深较颜色浅所代表的磁性粒子掺杂浓度高、低、相同均可。

本申请还提供用上述任一种方法制备的微纳米磁性纤维。

另外，本申请还提供一种微纳米磁性纤维，其特征在于，所述微纳米磁性纤维包括芯层，所述芯层包括磁性粒子和基材，所述磁性粒子分布在所述基材内；

所述磁性粒子选自如下一种或两种以上：金属磁性粒子、金属化合物磁性粒子、金属合金磁性粒子；

所述基材选自如下一种或两种以上：聚合物、无机玻璃材料及其复合材料。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述金属磁性粒子可选自但不限于金磁性粒子、银磁性粒子、铁磁性粒子、钴磁性粒子、镍磁性粒子；所述金属化合物磁性粒子可选自但不限于金属氧化物磁性粒子；所述金属氧化物磁性粒子可选自但不限于Fe₃O₄磁性粒子、γ-Fe₂O₃磁性粒子；所述金属合金磁性粒子可选自但不限于镍钴合金磁性粒子、铁钴合金磁性粒子、钕铁硼合金(NdFeB)磁性粒子、钐钴合金(SmCo)磁性粒子。

在一个优选实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述磁性粒子可选自如下一种或两种以上：铁磁性粒子、钴磁性粒子、镍磁性粒子，Fe₃O₄磁性粒子、γ-Fe₂O₃磁性粒子、钕铁硼合金磁性粒子、钐钴合金磁性粒子、镍钴合金磁性粒子和铁钴合金磁性粒子。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述聚合物选自且不限于如下一种或两种以上：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、掺杂有氟化聚合物的PMMA复合材料(F-PMMA)、苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物(SMMA)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚亚苯基砜树脂(PPSU)、聚醚砜树脂(PES)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚胺酯(PU)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEG)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)和聚醚；所述玻璃选自且不限于如下一种或两种以上：硫系玻璃、锗酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、金属氧化物玻璃、硅酸盐玻璃、锗硅酸盐玻璃和氟化物玻璃。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述磁性粒子直径为0.005～250μm，例如可为0.005μm、0.01μm、0.05μm、0.1μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm等。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述微纳米磁性纤维的直径为0.01～3000μm，优选50～1000μm，例如可为0.01μm、1μm、10μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、1100μm、1200μm、1300μm、1400μm、1500μm、1600μm、1700μm、1800μm、1900μm、2000μm。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述微纳米磁性纤维为柱状结构，所述微纳米磁性纤维横截面形状没有限制，可选自如下一种或两种以上：圆形、圆环形、三角形、三角环形、矩形、矩形环形、多边形环形、不规则形状。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，其可为任意一种轴向不变结构，例如单一浓度磁性粒子掺杂的结构、多浓度磁性粒子掺杂的结构、含包层结构，无包层结构、含高熔点功能层结构等。其中，“单一浓度磁性粒子掺杂”指的是只有一种浓度的磁性粒子在芯层中均匀分布。“多浓度磁性粒子掺杂”指的是多种磁性复合材料中的磁性粒子质量百分含量不完全相同，使得磁性粒子在微纳米磁性纤维中呈现多浓度掺杂。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述芯层为由内向外的多层结构，所述芯层的任意一层中，所述磁性粒子在所述层内均匀分布。所述芯层的多层中的各层中所述磁性粒子的质量百分含量为0.01wt.％～75wt.％，优选为1wt.％～75wt.％，例如可为0.01wt.％、0.1wt.％、1wt.％、5wt.％、10wt.％、20wt.％、30wt.％、40wt.％、50wt.％、51wt.％、52wt.％、53wt.％、54wt.％、55wt.％、56wt.％、57wt.％、58wt.％、59wt.％、60wt.％、61wt.％、62wt.％、63wt.％、64wt.％、65wt.％、66wt.％、67wt.％、68wt.％、69wt.％、70wt.％、71wt.％、72wt.％、73wt.％、74wt.％、75wt.％等。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述芯层的多层中的各层相比，可有两层、三层、四层、五层或六层等中的所述磁性粒子的质量百分含量不同。

在一个具体实施方式中，所述芯层的多层中的各层相比，各层中所述磁性粒子的质量百分含量从内向外逐渐降低。

在一个具体实施方式中，所述芯层的多层中的各层相比，各层中所述磁性粒子的质量百分含量从内向外逐渐升高。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述芯层横截面为圆形、矩形、三角形或不规则形状，所述横截面分为两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个以上区域，从而所述芯层分为两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个以上条状结构，所述任意一条状结构中，所述磁性粒子在所述条状结构中均匀分布，至少有两个条状结构中磁性粒子质量百分含量不同。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述芯层横截面为圆形，所述横截面分为两个、三个、四个、五个、六个或七个以上扇形区域；优选地，所述横截面分为两个相等的半圆形区域，从而所述芯层分为两个条状结构，所述磁性粒子在每个条状结构中均匀分布，所述两个条状结构中磁性粒子质量百分含量不同。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述芯层横截面为矩形，所述横截面分为任意两个、三个、四个或五个等多个相等的矩形区域。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述芯层横截面为三角形，所述横截面分为任意两个三角形区域。在一个优选的实施方式中，所述三角形为等腰三角形，所述横截面分为任意两个相等的三角形区域。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述微纳米磁性纤维包括芯层和高熔点功能层，所述芯层包裹所述高熔点功能层；所述高熔点功能层的材料的玻璃化转变温度及熔点分别高于所述芯层的材料的玻璃化转变温度及熔点，所述高熔点功能层的材料为纤维态的材料或可加工成纤维态的材料，例如，可为石英光纤或金属半导体等。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述微纳米磁性纤维包括芯层和包层，所述包层的材料与所述芯层的材料的可共同热拉制，所述包层包裹所述芯层；所述包层的材料的热膨胀系数与所述芯层的材料的热膨胀系数相同；或者，所述包层的材料的玻璃化转变温度及熔点分别低于所述芯层的材料的玻璃化转变温度及熔点。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述微纳米磁性纤维包括芯层、包层和高熔点功能层，所述芯层包裹所述高熔点功能层，所述包层包裹所述芯层；所述包层的材料与所述芯层的材料的可共同热拉制；所述包层的材料的热膨胀系数与所述芯层的材料的热膨胀系数相同；或者，所述包层的材料的玻璃化转变温度及熔点分别低于所述芯层的材料的玻璃化转变温度及熔点。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述包层的材料可选自如下一种或两种以上的聚合物：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、掺杂有氟化聚合物的PMMA复合材料(F-PMMA)、苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物(SMMA)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚亚苯基砜树脂(PPSU)、聚醚砜树脂(PES)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚胺酯(PU)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEG)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)和聚醚；所述包层材料还可选自如下一种或两种以上的玻璃：硫系玻璃、锗酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、金属氧化物玻璃、硅酸盐玻璃、锗硅酸盐玻璃和氟化物玻璃。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，其包括芯层和包层，所述包层包裹所述芯层；所述芯层包括两个、三个、四个、五个、六个或七个以上离散的条状结构，所述两个、三个、四个、五个、六个或七个以上条状结构相互离散，即两两之间相互不接触。

在上述具体实施方式中，所述微纳米磁性纤维的横截面可为圆形、三角形、矩形、不规则形状。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述各离散的条状结构中的磁性粒子的质量百分含量不完全相同。

在一个具体实施方式中，本申请的微纳米磁性纤维，所述芯材的任意一条状结构中所述磁性粒子的质量百分含量为0.01wt.％～75wt.％，优选为1wt.％～75wt.％，例如可为0.1wt.％、1wt.％、5wt.％、10wt.％、20wt.％、30wt.％、40wt.％、50wt.％、51wt.％、52wt.％、53wt.％、54wt.％、55wt.％、56wt.％、57wt.％、58wt.％、59wt.％、60wt.％、61wt.％、62wt.％、63wt.％、64wt.％、65wt.％、66wt.％、67wt.％、68wt.％、69wt.％、70wt.％、71wt.％、72wt.％、73wt.％、74wt.％、75wt.％等。

实施例

实施例1

本申请提供了一种单一浓度磁性粒子掺杂结构的微纳米磁性纤维，如图2A～2C所示。

该实施例的微纳米磁性纤维的制备方法，聚合物为环烯烃类共聚物(COC)，磁性粒子为NdFeB微米粒子，具体包括以下步骤：

(1)磁性复合材料的制备

取干燥的14g的环烯烃类共聚物(COC)颗粒，溶解于氯仿溶剂，加入6gNdFeB微米粒子，搅拌超声得到混合均匀的胶体溶液。常温下高比表面积烘干，真空干燥得到NdFeB掺杂浓度为30wt.％的磁性复合材料。真空干燥的温度为70℃，时间为24h。

(2)磁性结构化预制棒的制备

将(1)中得到的NdFeB掺杂浓度为30wt.％的磁性复合聚合物经热压制、机械冷加工处理，得到NdFeB掺杂浓度为30wt.％的磁性结构化预制棒，所述磁性结构化预制棒为圆形。热压温度为160℃，热压时间为20min。

(3)微纳米磁性纤维的制备

使用如图1所示的热拉制装置。将(2)得到的NdFeB掺杂浓度为30wt.％的磁性结构化预制棒进行热拉丝，得到NdFeB掺杂浓度为30wt.％的微纳米磁性纤维，纤维横截面为圆形，如图2A所示。热拉丝温度为240℃，牵引速度1m/min，制备得到的微纳米磁性纤维的直径为300μm。

实施例2

本申请提供了一种单一浓度磁性粒子掺杂的结构的微纳米磁性纤维，聚合物为环烯烃类共聚物(COC)，磁性粒子为NdFeB微米粒子。

该实施例的微纳米磁性纤维的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)磁性复合材料的制备

取干燥的20g的环烯烃类共聚物(COC)颗粒，溶解于氯仿溶剂，加入30gNdFeB微米粒子，搅拌超声得到均匀的胶体溶液。常温下高比表面积烘干，真空干燥得到NdFeB掺杂浓度为60wt.％的磁性复合材料。真空干燥的温度为70℃，时间为24h。

(2)磁性结构化预制棒的制备

将(1)中得到的NdFeB掺杂浓度为60wt.％的磁性复合聚合物经热压制、机械冷加工处理，得到NdFeB掺杂浓度为60wt.％的磁性结构化预制棒。热压温度为140℃，热压时间为20min。

(3)微纳米磁性纤维的制备

将(2)得到的NdFeB掺杂浓度为60wt.％的磁性结构化预制棒进行热拉丝，得到NdFeB掺杂浓度为60wt.％的微纳米磁性纤维，纤维横截面为圆形。热拉丝温度为220℃，牵引速度1m/min，制备得到的微纳米磁性纤维直径为300μm。当热拉丝温度为220℃，牵引速度9m/min，可制备得到的微纳米磁性纤维直径为100μm。

实施例3

本实施例提供了一种径向浓度分布掺杂的微纳米磁性纤维，如图3A～3C所示。

该实施例的微纳米磁性纤维的制备方法，聚合物为F-PMMA，磁性粒子为NdFeB微米粒子，具体包括以下步骤：

(1)磁性复合材料的制备

分别取干燥的16g、5g、3g、7.5g的F-PMMA颗粒，在丙酮溶剂中溶解，分别加入4g、5g、7g、22.5g的NdFeB微米粒子，搅拌超声得到4份均匀的胶体溶液。高比表面积常温烘干，真空干燥，得到NdFeB掺杂浓度分别为20wt.％、50wt.％、70wt.％、75wt.％的磁性复合材料薄膜。真空干燥的温度为70℃，时间为24h。

(2)磁性结构化预制棒的制备

将(1)中得到NdFeB掺杂浓度为75wt.％的磁性复合材料薄膜经热压制、机械冷加工处理，得到NdFeB掺杂浓度为75wt.％的原始预制棒一，利用薄膜卷绕法将NdFeB掺杂浓度分别为70wt.％、50wt.％、20wt.％的磁性聚合物薄膜依次卷绕在原始预制棒一外，对薄膜卷绕后的预制棒进行热固化处理，得到径向浓度分布掺杂结构的磁性结构化预制棒一。将(1)中得到NdFeB掺杂浓度为20wt.％的磁性复合材料薄膜经热压制、机械冷加工处理，得到NdFeB掺杂浓度为20wt.％的原始预制棒二，利用薄膜卷绕法将NdFeB掺杂浓度分别为50wt.％、70wt.％、75wt.％的磁性聚合物薄膜依次卷绕在原始预制棒二外、热固化处理，得到径向浓度分布掺杂结构的磁性结构化预制棒二。所述磁性结构化预制棒一和二的横截面均可为圆形、矩形或三角形。热压温度为130℃，热压时间为20min。固化温度为120℃，固化时间为30min。

(3)微纳米磁性纤维的制备

将(2)得到的径向浓度分布掺杂结构的磁性结构化预制棒一和磁性结构化预制棒二进行热拉丝，得到径向浓度分布掺杂结构的微纳米磁性纤维，其横截面为圆形、矩形或三角形，如图3A～3C所示。热拉丝温度为230℃，牵引速度1m/min，制备得到的微纳米磁性纤维一和微纳米磁性纤维二的直径均为300μm。

取实施例1～3制备的微纳米磁性纤维进行对比，结果如表1所示，在1T磁场充磁后，实施例2制备的磁性粒子掺杂浓度为60wt.％的微纳米磁性纤维相较于实施例1具有更高的磁性，说明通过本申请的热拉制方法可在纤维内引入高掺杂浓度的磁性粒子，从而实现纤维的高磁力响应与高剩磁场强。实施例3制备的径向浓度分布掺杂结构的微纳米磁性纤维的芯层的各条状结构中，最高磁性粒子掺杂浓度为75wt.％，其磁性高于实施例1和实施例2的单一浓度磁性粒子掺杂的微纳米磁性纤维，说明通过热拉制方法制备的微纳米磁性纤维有助于磁性粒子浓度的提高，由此实现磁性的增强。且实施例3所制备的径向浓度分布掺杂结构的微纳米磁性纤维在实现磁性粒子高浓度掺杂的同时，具有比单一浓度磁性粒子掺杂的微纳米磁性纤维更强的机械强度，说明通过热拉制方法制备的微纳米磁性纤维的力学性能可以得到极大提升，从而实现更广泛的应用。

实施例3中，径向浓度分布掺杂结构一、二中具有不同磁性粒子掺杂浓度分布，其中径向浓度分布掺杂结构一为磁性粒子掺杂浓度由内而外递减的浓度分布，结构二为磁性粒子掺杂浓度由内而外递增的浓度分布，径向浓度分布掺杂结构二的纤维表面单点剩磁场大小高于结构一。因此在仅考虑纤维剩磁场大小的情况下，由内而外递增的磁性粒子浓度分布将增加微纳米磁性纤维的剩磁场大小。

表1

实施例4

本申请提供了一种多浓度磁性粒子掺杂结构的微纳米磁性纤维，具体的，本实施例提供了一种具有两个条状结构的芯层、且包括包层的微纳米磁性纤维，如图4A～4C所示。

该实施例的微纳米磁性纤维的制备方法，聚合物为环烯烃类共聚物(COC)，磁性粒子为Fe₃O₄纳米粒子，具体包括以下步骤：

(1)磁性复合材料的制备

分别取干燥的30g、9g的环烯烃类共聚物(COC)颗粒，溶解于氯仿试剂，分别加入70g、1g的Fe₃O₄微米粒子，搅拌超声得到混合均匀的胶体溶液。高比表面积常温烘干、真空干燥，得到Fe₃O₄掺杂浓度分别为70wt.％、10wt.％的磁性复合材料。真空干燥的温度为70℃，时间为24h。

(2)磁性结构化预制棒的制备

将(1)得到的磁性复合材料进行热压制、机械冷加工处理，然后与纯COC材料组装，得到含有包层的、非对称结构(即磁性粒子的掺杂浓度在磁性结构化预制棒横截面上呈非对称分布)的磁性结构化预制棒，所述磁性结构化预制棒可为圆形、矩形或三角形。热压温度为130℃，热压时间为20min。

(3)微纳米磁性纤维的制备

将(2)得到的掺杂浓度非对称结构的磁性结构化预制棒进行热拉丝，得到包括包层的非对称结构的微纳米磁性纤维(即磁性粒子的掺杂浓度在微纳米磁性纤维横截面上呈非对称分布)，其可为圆形、矩形或三角形，如图4A～4C所示。热拉丝温度为240℃，牵引速度5m/min，制备得到的微纳米磁性纤维的直径为100μm。

取实施例2和实施例4制备的微纳米磁性纤维进行对比，结果如下表2所示。在相同的磁性粒子掺杂浓度条件下，实施例4所制备的非对称结构的微纳米磁性纤维能够在50mT的磁场下实现非接触式的旋转、加捻、弯曲等动作。且实施例4所制备的非对称结构的微纳米磁性纤维在实现磁性粒子高浓度掺杂的同时，具有比单一浓度磁性粒子掺杂结构的微纳米磁性纤维更强的机械强度。由此说明通过本申请的热拉制方法制备的结构化纤维能够在极大提升其力学性能的同时，实现纤维功能的多样化。

表2

实施例5

本申请提供了一种多浓度磁性粒子掺杂结构的微纳米磁性纤维，具体为磁性粒子掺杂浓度在截面上呈二维码结构或十字结构的微纳米磁性纤维。如图4E和图4F所示。

该实施例的微纳米磁性纤维的制备方法，聚合物为环烯烃类共聚物(COC)，磁性粒子为SrFe₁₂O₁₉微米粒子，具体包括以下步骤：

(1)磁性复合材料的制备

分别取干燥的1g、3g、5g、7g、8g、9g的环烯烃类共聚物(COC)颗粒，分别溶解于氯仿试剂，分别加入9g、7g、5g、3g、2g、1g的SrFe₁₂O₁₉微米粒子，搅拌超声得到混合均匀的胶体溶液。高比表面积常温干燥、真空干燥，得到六种不同SrFe₁₂O₁₉掺杂浓度的磁性复合材料粉末。真空干燥的温度为70℃，时间为24h。

(2)磁性结构化预制棒的制备

将步骤(1)中得到的六种SrFe₁₂O₁₉掺杂浓度的磁性复合材料粉末3D打印为掺杂有SrFe₁₂O₁₉的十字结构的磁性结构化预制棒。打印温度为260℃。

(3)微纳米磁性纤维的制备

将(2)得到的掺杂有SrFe₁₂O₁₉的异形结构磁性结构化预制棒进行热拉丝，得到结构如图4F所示的微纳米磁性纤维。热拉丝温度为240℃，牵引速度0.5m/min，制备得到的微纳米磁性纤维的直径为500μm。

本实施例得到的微纳米磁性纤维具有高度定制化的磁性微米粒子分布。

实施例6

本实施例提供了一种集成有多电极及光纤的微纳米磁性纤维，如图5所示。

该实施例的微纳米磁性纤维的制备方法，聚合物为环烯烃类共聚物(COC)，磁性粒子为SrFe₁₂O₁₉微米粒子，具体包括以下步骤：

(1)磁性复合材料的制备

取干燥的20g的环烯烃类共聚物(COC)颗粒，溶解于氯仿试剂，加入30g的SrFe₁₂O₁₉微米粒子，搅拌超声得到混合均匀的胶体溶液。高比表面积常温干燥、真空干燥，得到SrFe₁₂O₁₉掺杂浓度为60wt.％的磁性复合材料。真空干燥的温度为70℃，时间为24h。

(2)磁性结构化预制棒的制备

将步骤(1)中得到的磁性复合材料进行热压制、机械冷加工，得到外直径18mm、内部通孔直径2mm、周围通孔直径1mm的SrFe₁₂O₁₉掺杂浓度为60wt.％的管状的磁性结构化预制棒，图5中，中心的白色圆形部分代表内部通孔，黑色圆形部分代表周围通孔。热压温度为130℃，热压时间为20min。

(3)微纳米磁性纤维的制备：

将合适直径的石英光纤和金属电极分别穿过磁性结构化预制棒的内部通孔和周围通孔，下端固定，机械同步下对磁性结构化预制棒进行热拉丝，得到集成有光纤与多电极的微纳米磁性纤维。热拉丝温度为230℃，石英光纤、金属电极的送丝速度和牵引速度保持一致，为0.5m/min。其中，送丝速度是指通过控制，使光纤、电极材料均匀下降的速度。制备得到的微纳米磁性纤维的直径为500μm。

上述实施例得到的微纳米磁性纤维具有柔性磁控功能与导光、多电极电信号读取功能。

实施例7

在本实施例中提供了一种具有两个离散的条状结构的芯层、且包括包层的微纳米磁性纤维，如图6所示。聚合物为COC聚合物与PMMA聚合物，磁性微米粒子材料为NdFeB微米粒子。

(1)磁性聚合物的制备

取干燥的20g的环烯烃类共聚物(COC)颗粒，溶解于氯仿试剂，加入30g的NdFeB微米粒子，搅拌超声得到混合均匀的胶体溶液。高比表面积常温干燥、真空干燥，得到NdFeB掺杂浓度为60wt.％的磁性复合材料。

再取干燥的5g的环烯烃类共聚物(COC)颗粒，溶解于氯仿试剂，加入45g的NdFeB微米粒子，搅拌超声得到混合均匀的胶体溶液。高比表面积常温烘干、真空干燥，得到NdFeB掺杂浓度为10wt.％的磁性复合材料。真空干燥的温度为70℃，时间为24h。

(2)磁性结构化预制棒的制备

取干燥的100g PMMA颗粒，在145℃下热压10min，机械打磨、钻孔后得到具有两根通孔(6mm、4mm)的圆柱状预制棒一(直径18mm)。

将(1)中干燥好的磁性复合材料分别在120、110℃下热压10min、机械打磨后得到直径分别为6mm、4mm的圆柱状预制棒二和三，插入(2)中的包层中，得到磁性结构化预制棒。

(3)微纳米磁性纤维的制备

将(2)得到的磁性结构化预制棒进行热拉丝，得到结构如图4F所示的微纳米磁性纤维。热拉丝温度为240℃，牵引速度0.5m/min，制备得到的微纳米磁性纤维的直径为500μm。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。