导读：
微胶囊封装技术的进步为环氧树脂的电气与机械损伤自修复提供了新途径，但现有技术存在依赖外部刺激和基体性能下降的缺陷。为了解决上述问题，贵州电网有限责任公司电力科学研究院张英团队与重庆大学Chaolu Niu等研究人员合作，开发了一种基于Fe3O4@SiO2磁性纳米颗粒的光敏微胶囊，通过磁场定向迁移和紫外线触发固化机制，实现了环氧树脂绝缘材料微小内部损伤的高效自修复。相关研究以“Magnetic‐Targeted and Light‐Triggered Self‐Healing Microcapsules for Targeted Restoration of Damage‐Prone Insulating Material Zones”为题目，发表在期刊《Journal of Applied Polymer Science》上。
本文要点：
1、本研究创新性地提出一种磁性靶向光敏微胶囊的制备方法，通过界面聚合法将Fe3O4@SiO2磁性纳米颗粒嵌入微胶囊壳层，赋予其靶向迁移能力和紫外线屏蔽功能。
2、该微胶囊/环氧复合绝缘材料可利用自然光实现非接触损伤修复，同时磁性靶向使微胶囊定向迁移至损伤区域，显著提升利用率。
3、实验表明，当微胶囊掺杂浓度为2 wt%时，环氧树脂拉伸强度较纯树脂提高16.3%，且绝缘强度与介电性能变化极小。
4、此外，该微胶囊可有效修复环氧树脂表面裂纹与电树枝损伤，自修复后材料绝缘性能恢复至损伤前的92.1%。
5、该技术通过减少微胶囊用量并优化靶向功能，为绝缘材料的高效自修复提供了新思路。
磁性靶向紫外光敏微胶囊的制备过程如下：
1、Fe3O4@SiO2磁性纳米颗粒的制备
原料混合：将Fe3O4纳米颗粒分散液与浓氨水、无水乙醇加入斜颈三口烧瓶中，加热并机械搅拌形成均匀体系。
壳层包覆：缓慢滴加正硅酸乙酯（TEOS），持续搅拌12小时，通过溶胶-凝胶法在Fe3O4表面形成SiO2壳层。
分离纯化：利用永久磁铁进行固液分离，获得核壳结构的Fe3O4@SiO2磁性纳米颗粒，并通过TEM、FTIR验证其形貌与化学组成。
2、磁性靶向光敏微胶囊的合成
Pickering乳化剂配制：将脱离子水与阿拉伯胶（GA）超声混合，形成稳定乳化体系。
油相制备：将Fe3O4@SiO2纳米颗粒分散于TDI预聚物（溶于乙酸乙酯）中，加入光敏树脂（如ERL-4221/PI6992）形成均质油相。
乳液形成：将油相快速滴入乳化剂溶液中，机械搅拌1小时，形成水包油（O/W）型乳液。
界面聚合：在50°C水浴中滴加丁二醇（BDO）作为扩链剂，升温至70°C恒温搅拌1小时，通过异氰酸酯与羟基反应生成聚氨酯壳层，包裹光敏树脂核心。
后处理：悬浮液经真空过滤、去离子水洗涤、常温干燥12小时，获得完整微胶囊，并通过SEM、EDS表征粒径（约125 μm）及壳层完整性。
如何确保磁性靶向微胶囊在环氧树脂基体中高效且精准地迁移至损伤区域？
1、磁场参数的精确调控：
通过实验确定最佳磁场强度（如20-30 mT）和施加时间，确保微胶囊迁移速度与基体粘度的匹配，避免因磁场过强导致微胶囊团聚或迁移路径偏离。
采用脉冲磁场或交变磁场设计，减少微胶囊在迁移过程中的能量损耗，提升靶向效率。
2、梯度磁场与动态响应：
利用梯度磁场产生方向性磁力，引导微胶囊沿电场畸变或机械应力集中区域（即损伤位点）富集。
结合损伤实时监测技术（如声发射传感器），动态调整磁场方向，实现“按需迁移”。
3、微胶囊表面功能化设计：
在壳层引入羧基或氨基等官能团，增强与环氧树脂基体的界面相容性，减少迁移阻力。
通过调控Fe3O4@SiO2磁性纳米颗粒的分布密度，优化磁响应灵敏度与机械强度的平衡。
图1.电树枝损伤自愈示意图。
图2.磁性靶向紫外光敏微胶囊的合成工艺流程。
图3.磁性靶向光敏微胶囊/环氧树脂复合材料的制备。
图4.（a）Fe3O4颗粒的电子显微照片，（b）Fe3O4@SiO2颗粒的电子显微照片，（c）Fe3O4和Fe3O4@SiO2的红外光谱，（d）Fe3O4和Fe3O4@SiO2的磁饱和强度曲线。
图5.（a）微胶囊电子显微镜图像，（b）粒径分布，（c）微胶囊的表面形态，（d）胶囊内部结构，（e）Fe的元素分布，（f）Si的元素分布。
图6.微胶囊及其组分的傅里叶红外光谱。
图7.微胶囊及其组分的TGA曲线。
图8.复合材料中微胶囊/环氧树脂的载荷-位移曲线。
图9.微胶囊/环氧树脂复合材料的相对介电常数曲线。
图10.微胶囊/环氧树脂复合材料的载荷-位移曲线。
图11.样品（a）损伤前和（b）自愈后的荧光电子显微照片。
图12.（a）电树枝损伤自愈的荧光电子显微照片，（b）自愈前后纯EP和复合材料的绝缘性能比较。
论文链接：https://doi.org/10.1002/app.57084
