磁性高分子材料的研究及其發(fā)展

1、磁性高分子材料的研究及其發(fā)展許興邦（南昌大學(xué) 材料學(xué)院 高分子082班5701108066） 摘要：根據(jù)結(jié)構(gòu)及磁性產(chǎn)生機(jī)理的不同，磁性高分子材料可以分為結(jié) 構(gòu)型磁性高分了和復(fù)合型磁性高分子兩類。結(jié)構(gòu)型磁性高分了材料是 指不用加入無(wú)機(jī)磁性物質(zhì)而高分子自身就具有強(qiáng)磁性的材料；復(fù)合型 磁性高分子材料是指高分子材料與各種無(wú)機(jī)磁性物質(zhì)通過(guò)混合、粘 結(jié)、填充復(fù)合、層積復(fù)合等方式制得的磁性體。本文分別闡述了兩者 的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀及其價(jià)值，強(qiáng)調(diào)了其發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：磁性高分子材料結(jié)構(gòu)型磁性高分子復(fù)合型磁性高分子前言：磁性是一切物質(zhì)的基本屬性，從微觀粒子到宏觀物質(zhì)以至宇宙 間的天體都存在磁的現(xiàn)象。磁性是磁性材料

2、的一種使用性能，磁性材 料具有能量轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存或改變狀態(tài)的功能，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)中 有著極其重要的地位。此外，磁性與物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。高分 子磁性材料因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)種類呈現(xiàn)多種多樣性，較適合通過(guò)化學(xué)方法合 成得到磁性能與力學(xué)性能、光學(xué)性能、電學(xué)性能均較好的綜合性能。 隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步，磁性高分子材料的合成和應(yīng)用研究成果層 岀不窮，已成為當(dāng)今功能高分子材料研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)之一。正文：1、磁性高分子材料的分類磁性高分子材料通常分為結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料和復(fù)合型磁性高分子材料。結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料是指不用加入無(wú)機(jī)磁性物質(zhì)而高分 子自身就具有強(qiáng)磁性的材料；復(fù)合型磁性高分子材料是指高分子材料 與

3、各種無(wú)機(jī)磁性物質(zhì)通過(guò)混合、粘結(jié)、填充復(fù)合、層積復(fù)合等方式制 得的磁性體。2、結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料2.1結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料的研究現(xiàn)狀mcconnell認(rèn)為，固體自市基在足夠低的溫度下，有鐵磁交換作用是自旋平行排列，進(jìn)而提出磁性高分子的電荷轉(zhuǎn)移模式，開(kāi)始了有 機(jī)鐵磁體的研究。國(guó)內(nèi)關(guān)于磁性高分子的研究則以中科院應(yīng)用化學(xué)研 究所、南開(kāi)大學(xué)化學(xué)系、四川師范大學(xué)化學(xué)系、浙江大學(xué)高分子科學(xué) 與工程學(xué)院為代表。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)利用結(jié)構(gòu)型磁性高分子制成材料的報(bào)導(dǎo)比較少，因?yàn)檫@方面的理論與研究還在探索階段。合成有價(jià)值的磁性高分子的設(shè) 計(jì)準(zhǔn)則如下：（1）含未成對(duì)電了的分子間能產(chǎn)生鐵磁相互作用，達(dá)到自旋有序化 是獲得鐵

4、磁性高分子的充要條件；（2）分子中應(yīng)有高自旋態(tài)的苯基，含nn ocns等自由基體系或基 態(tài)為三線態(tài)的4 ji電子的環(huán)戊二烯基陽(yáng)離子或苯基雙陽(yáng)離子等；（3）3d電子的fe co ni mn cr ru os v ti等含有雙金屬有機(jī)高分 子絡(luò)合物是順磁體，若使兩個(gè)金屬離子間結(jié)合一個(gè)不含未成對(duì)電子的 有機(jī)基團(tuán)，則可引起磁性離子mm?間的超交換作用而獲得鐵磁體；（4）按電荷轉(zhuǎn)移模式設(shè)計(jì)對(duì)稱取代二茂金屬及其稠環(huán)高分子化合 物，與受體tcne、tcnqf4等作用可生成電荷轉(zhuǎn)移鹽鐵磁體。2.1.1純有機(jī)鐵磁體從結(jié)構(gòu)來(lái)看，純有機(jī)鐵磁體是不含磁性金屬元素的氮氧自由基鐵 磁性有機(jī)聚合物。因不含任何無(wú)機(jī)金屬離子，

5、該類磁體的磁性機(jī)理及 材料合成出現(xiàn)了很多新概念和新方法。2.1.2電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物是研究的最多的一類有機(jī)磁體，是基于電子給體 和電子受體之間的電荷相互作用達(dá)到長(zhǎng)程有序的。2.1.3schiff堿型高分子鐵磁性材料國(guó)內(nèi)有學(xué)者將多種聯(lián)1 塞卩坐芳雜環(huán)聚合物與硫酸亞鐵反應(yīng)合成了高 分子螯合物軟鐵磁材料，其磁性穩(wěn)定，磁滯損耗小，磁飽和強(qiáng)度高。雖其居里溫度有所提高，但還是較低，在常溫下不具有使用意義。美 國(guó)俄亥俄州立大學(xué)將金屬飢與四氤乙烯塑料聚合制成的磁體，可以在 不高于70攝氏度的溫度下保持磁穩(wěn)定，密度是金屬的1/81/10,是 代替汽車、飛機(jī)等電工儀器中金屬磁體和磁體線圈的理想磁體材料。

6、2.1.4二茂金屬有機(jī)磁體高分子二茂鐵有機(jī)金屬磁性高分子是第一個(gè)常溫穩(wěn)定具有實(shí)用價(jià)值的高 分 子磁體，是高分子磁體從理論研究到應(yīng)用研究的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。20 世紀(jì)90年代初，miller等首次合成了一系列十甲基二茂鐵tcne類 的電荷轉(zhuǎn)移金屬有機(jī)鐵磁體，但不具有實(shí)用價(jià)值。為了尋求有實(shí)用價(jià) 值和常溫穩(wěn)定的鐵磁性高分子，人們對(duì)二茂鐵型有機(jī)鐵磁性高分子的 合成產(chǎn)生了濃厚的興趣。1979年vemmous等合成了四種二茂鐵共聚 物，它在常溫的飽和磁化強(qiáng)度ms=4.5emu/g,相當(dāng)于2.5%的鐵引起 的磁性值。1993年，日木發(fā)表了制造有實(shí)用價(jià)值的常溫穩(wěn)定二茂鐵 型有機(jī)磁性高分子的專利，其結(jié)構(gòu)為聚二茂烯桂一

7、二氯二氧苯醍的電 荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物，常溫下ms=0.01 emu/g-0.9emu/go 2.2結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料的發(fā)展前景在理論研究方面，正從靜態(tài)鐵磁學(xué)向動(dòng)態(tài)鐵磁學(xué)轉(zhuǎn)移。在合成制 備方面，更傾向于分子設(shè)計(jì)和更有效的合成路線的研究。在應(yīng)用研究 方面，根據(jù)特有的優(yōu)異性能，有可能制成穩(wěn)定的均相流體以及各種復(fù) 雜形狀的元件，用作新一代的高儲(chǔ)存信息材料、隔離出來(lái)、磁控傳感 器、生物體中藥物定向運(yùn)輸載體等，具有很好的發(fā)展應(yīng)用前景。3. 復(fù)合型磁性高分子材料復(fù)合型磁性高分子的結(jié)構(gòu)單元內(nèi)沒(méi)有未配對(duì)的電子存在，木身并 不能導(dǎo)電，在聚合物中摻入無(wú)機(jī)磁性材料是其導(dǎo)電的根本原因。復(fù)合 型磁性高分子材料是已實(shí)現(xiàn)商品化生

8、產(chǎn)的重耍磁性高分子材料。能夠 作為功能材料應(yīng)用的主要有：磁性橡膠、磁性塑料、磁性高分了微球、 磁性聚合物薄膜等3.1磁性塑料和磁性橡膠磁性塑料和磁性橡膠是指在塑料或橡膠中添加磁粉及其它助劑均 勻混合在一起加工而成的一種功能性復(fù)合材料。這類材料已經(jīng)廣泛應(yīng) 用于航空航天、汽車、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。根據(jù)不同方向上的磁性能差異可以將磁性塑料分為兩類：一類是磁性 粒子的易磁化方向呈雜亂無(wú)章的排布，稱為各向同性磁性塑料；一類 是在加工過(guò)程中通過(guò)外加磁場(chǎng)或機(jī)械力使磁粉的易磁化方向有序排 列，稱為各向異性磁性塑料。制備磁性塑料和磁性橡膠主要有共混、原位聚合和化學(xué)轉(zhuǎn)化三種 方法。共混法比較成熟，如將聚乙烯對(duì)苯二甲酸脂

9、與sro.6fe2o3磁 粉、可塑劑、穩(wěn)定劑、表面處理劑共混制成聚脂單纖維絲。原位聚合 法是使聚合物單體在活化處理過(guò)的磁粉表面聚合，形成以磁粉為核、 聚合物為包復(fù)層的復(fù)合磁性粒子，磁性粒子在聚合物單體中均勻分 布?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化法能改善前兩種方法的缺陷，如粒度難于控制、磁粉分 布不均勻、磁性較弱等，是比較好的制備方法。3.2磁性聚合物膜磁性聚合物的磁性來(lái)源是無(wú)機(jī)磁性物質(zhì)，它既有磁記錄、磁分離、 吸波、透波、縮波等特性，又具有質(zhì)輕柔韌、加工性能優(yōu)杲等高分子 特性，可將其用作高記錄密度的高分子膜、分離膜、電磁屏蔽膜，從 而在功能性記憶材料、膜分離材料、隱身材料、微波通訊材料等多種 軍用、民用領(lǐng)域獲得重要用途。制造無(wú)機(jī)磁性填料一聚合物膜比較成熟的方法是物理法與化學(xué)法。物 理法有真空沉積、離子鍍、濺射等；化學(xué)法有共混、電鍍、化學(xué)鍍、 液相外延等，近年來(lái)又發(fā)展了離子交換一化學(xué)沉積、仿生和成、模板 合成等方法。3.3復(fù)合型磁性高分子材料的發(fā)展前景近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都有學(xué)者將導(dǎo)電聚合物與磁性氧化鐵復(fù)合，制成 有磁性和導(dǎo)電性雙性能的材料，因而在微波、電磁屏蔽方面有應(yīng)用前 景。在復(fù)合型磁性高分子材料領(lǐng)域中關(guān)于新材料、新方法、新性能的 研究已經(jīng)取得不少成果，另外在制造具有磁光、磁熱性能的新型多功 能高分子材料并將其應(yīng)用于生產(chǎn)和生活也是重要的研究