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 材料學院 高分子082班5701108066） 摘要：根據(jù)結(jié)構(gòu)及磁性產(chǎn)生機理的不同，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 指不用加入無機磁性物質(zhì)而高分子自身就具有強磁性的材料；復合型 磁性高分子材料是指高分子材料與各種無機磁性物質(zhì)通過混合、粘 結(jié)、填充復合、層積復合等方式制得的磁性體。本文分別闡述了兩者 的研究和應用現(xiàn)狀及其價值，強調(diào)了其發(fā)展前景。關鍵詞：磁性高分子材料結(jié)構(gòu)型磁性高分子復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、儲存或改變狀態(tài)的功能，在現(xiàn)代科學技術(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。高分 子磁性材料因為其結(jié)構(gòu)種類呈現(xiàn)多種多樣性，較適合通過化學方法合 成得到磁性能與力學性能、光學性能、電學性能均較好的綜合性能。 隨著社會發(fā)展和科技進步，磁性高分子材料的合成和應用研究成果層 岀不窮，已成為當今功能高分子材料研究領域中的熱點之一。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機磁性物質(zhì)而高分 子自身就具有強磁性的材料；復合型磁性高分子材料是指高分子材料 與

3、各種無機磁性物質(zhì)通過混合、粘結(jié)、填充復合、層積復合等方式制 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，進而提出磁性高分子的電荷轉(zhuǎn)移模式，開始了有 機鐵磁體的研究。國內(nèi)關于磁性高分子的研究則以中科院應用化學研 究所、南開大學化學系、四川師范大學化學系、浙江大學高分子科學 與工程學院為代表。目前國內(nèi)有關利用結(jié)構(gòu)型磁性高分子制成材料的報導比較少，因為這方面的理論與研究還在探索階段。合成有價值的磁性高分子的設 計準則如下：（1）含未成對電了的分子間能產(chǎn)生鐵磁相互作用，達到自旋有序化 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)戊二烯基陽離子或苯基雙陽離子等；（3）3d電子的fe co ni mn cr ru os v ti等含有雙金屬有機高分 子絡合物是順磁體，若使兩個金屬離子間結(jié)合一個不含未成對電子的 有機基團，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)移模式設計對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純有機鐵磁體從結(jié)構(gòu)來看，純有機鐵磁體是不含磁性金屬元素的氮氧自由基鐵 磁性有機聚合物。因不含任何無機金屬離子，

5、該類磁體的磁性機理及 材料合成出現(xiàn)了很多新概念和新方法。2.1.2電荷轉(zhuǎn)移絡合物電荷轉(zhuǎn)移絡合物是研究的最多的一類有機磁體，是基于電子給體 和電子受體之間的電荷相互作用達到長程有序的。2.1.3schiff堿型高分子鐵磁性材料國內(nèi)有學者將多種聯(lián)1 塞卩坐芳雜環(huán)聚合物與硫酸亞鐵反應合成了高 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 國俄亥俄州立大學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磁體高分子二茂鐵有機金屬磁性高分子是第一個常溫穩(wěn)定具有實用價值的高 分 子磁體，是高分子磁體從理論研究到應用研究的一個轉(zhuǎn)折點。20 世紀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)移金屬有機鐵磁體，但不具有實用價值。為了尋求有實用價 值和常溫穩(wěn)定的鐵磁性高分子，人們對二茂鐵型有機鐵磁性高分子的 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度ms=4.5emu/g,相當于2.5%的鐵引起 的磁性值。1993年，日木發(fā)表了制造有實用價值的常溫穩(wěn)定二茂鐵 型有機磁性高分子的專利，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)鐵磁學向動態(tài)鐵磁學轉(zhuǎn)移。在合成制 備方面，更傾向于分子設計和更有效的合成路線的研究。在應用研究 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 雜形狀的元件，用作新一代的高儲存信息材料、隔離出來、磁控傳感 器、生物體中藥物定向運輸載體等，具有很好的發(fā)展應用前景。3. 復合型磁性高分子材料復合型磁性高分子的結(jié)構(gòu)單元內(nèi)沒有未配對的電子存在，木身并 不能導電，在聚合物中摻入無機磁性材料是其導電的根本原因。復合 型磁性高分子材料是已實現(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合材料。這類材料已經(jīng)廣泛應 用于航空航天、汽車、計算機等領域。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章的排布，稱為各向同性磁性塑料；一類 是在加工過程中通過外加磁場或機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、原位聚合和化學轉(zhuǎn)化三種 方法。共混法比較成熟，如將聚乙烯對苯二甲酸脂

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的磁粉表面聚合，形成以磁粉為核、 聚合物為包復層的復合磁性粒子，磁性粒子在聚合物單體中均勻分 布?；瘜W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源是無機磁性物質(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、民用領域獲得重要用途。制造無機磁性填料一聚合物膜比較成熟的方法是物理法與化學法。物 理法有真空沉積、離子鍍、濺射等；化學法有共混、電鍍、化學鍍、 液相外延等，近年來又發(fā)展了離子交換一化學沉積、仿生和成、模板 合成等方法。3.3復合型磁性高分子材料的發(fā)展前景近年來，國內(nèi)外都有學者將導電聚合物與磁性氧化鐵復合，制成 有磁性和導電性雙性能的材料，因而在微波、電磁屏蔽方面有應用前 景。在復合型磁性高分子材料領域中關于新材料、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用于生產(chǎn)和生活也是重要的研究