磁性高分子材料.ppt

1、引言2磁性高分子材料的种类和组成3磁性高分子材料的制备方法4磁性高分子材料的应用5发展前景，前言，磁性的故乡中华民族早就认识到了磁性现象，磁性是一个历史悠久的研究领域。指南针是中国古代四大发明之一。在古代中国，磁学的许多发现、发明和应用居世界首位。可以说，中国是磁力的故乡。公元前3世纪战国时期，韩非子写道：“王力斯纳应先取昼夜。”鬼谷子记载：“郑人拿玉的时候，一定要带着司南，这样他们就不会糊涂了。”。磁性的起源：物质的磁性来自原子的磁性，原子磁性的研究是研究物质磁性的基础。原子的磁性来自原子中电子和原子核的磁矩。原子核的磁矩很小，我们可以忽略不计。电子磁矩(轨道磁矩、自旋磁矩)。旋转的电子将使

2、它成为一个小磁铁。序言，那么为什么不是所有的物质都是磁性的呢？而且只有少数物质(如铁、钴、镍等。)有磁性吗？电子旋转有上下两个方向。在某些物质中，有同样多的电子上下旋转，它们产生的磁极会相互抵消，因此整个原子和整个物体对外界都没有磁性。铁磁性的起源直接交换相互作用，原子之间的距离太远，表现出孤立原子的特征。由于库仑相互作用，原子核外的电子相互排斥。当原子间的电子密度降低，原子间的距离适当时，原子核会吸引B原子的外围电子，B原子核也会吸引B原子的外围电子。原子间的电子密度增加。电子之间的交换，或者说原子A和B之间的电子交换是等价的，当自旋平行时，能量是最小的。铁磁耦合时，原子之间的距离更近，这种

3、交换使自旋反平行，而A和B原子的电子共用一个电子轨道，这就是反铁磁耦合。前言，只有少数物质(如铁、钴和镍)，它们的原子在不同旋转方向上的电子数是不同的。因此，在具有相反旋转的电子的磁极相互抵消之后，剩余电子的磁矩不会被抵消。这样，整个原子就有了总磁矩。同时，由于一种叫做“交换作用”的机制，这些原子的磁矩排列整齐，整个物体变得有磁性。当剩余电子的数量不同时，物体的磁强度也不同。在人类材料发展的历史上，磁性材料长期以来一直以无机磁性材料为主，如含铁或稀土金属合金和氧化物，但由于其比重大、脆性大、加工成型困难，在某些特殊场合的应用受到限制。高分子磁性材料是在开发磁性和高分子新应用领域的同时，赋予磁性

4、和高分子(合成树脂、橡胶)传统应用新意义和新内容的材料之一。高分子磁性材料因其柔软、质轻、易加工成尺寸精度高、形状复杂、分子结构多样、可与其他元件集成等优点，越来越受到人们的关注。磁性高分子材料的种类和组成，通常可分为两类：复合型和结构型。1.复合磁性高分子材料是指高分子材料与磁性橡胶、磁性树脂、磁性薄膜、磁性高分子微球等各种无机磁性物质混合、粘结、填充、表面复合、层压而成的磁性体。目前具有很好的实际应用价值。磁性高分子材料的种类和组成，如磁性橡胶磁性钩、磁性薄膜磁性高分子微球和磁性高分子材料。结构磁性高分子材料是指不添加无机磁性物质而具有强磁性的材料。由于其比重小、电阻率高，其强磁源与传统无

5、机磁性材料有很大不同，具有重要的理论意义和应用前景。众所周知，各种顺磁性中心或自由基都非常活跃，当它们彼此靠近时，它们很容易相互作用，因此电子配对不能形成磁性聚合物。因此，在严格的分子设计基础上，很难增加大分子链的尺寸并保持分子的高度有序排列。法国科学家卡恩提出假设，无论是合成磁性有机物还是磁性聚合物，其分子设计都应该首先根据分子磁学工程合成具有高自旋基态的一维链或二维片，然后根据晶体磁学工程通过铁磁相互作用在晶格上组装一维链或二维片。合成有价值的磁性聚合物的设计准则如下：(1)含有不成对电子的分子之间可以发生磁相互作用，自旋有序是获得磁性聚合物的充分必要条件；分子中应有高自旋态的苯基、环戊二

6、烯阳离子或含自由基体系的苯基双阳离子，如氮、氧、碳、硫或四个三重基态电子等。铁、钴、锰、铬、钌、氧、钒、钛等三维电子双金属有机聚合物配合物是顺磁性的。如果没有不成对电子的有机基团结合在两个金属离子之间，磁离子M1M2之间的超交换可以被诱导以获得铁磁体。磁性聚合物材料的制备和结构磁性聚合物的设计有两种方法：(1)根据单畴磁体的结构，构建具有大磁矩的高自旋聚合物；(2)参考具有-铁和金红石结构的铁氧体，调整低自旋聚合物以获得高性能磁性聚合物。根据不同的聚合物类型，结构磁性聚合物可分为以下几类：纯有机铁磁体、聚合物金属配合物和电荷转移配合物。磁性高分子材料的制备上世纪80年代中期首次合成了纯有机铁磁

7、体聚苯乙烯，但工艺重复性差，样品中磁性成分很低。到20世纪90年代，终于开发出一种重复性好的工艺。然而，总的来说，纯有机铁磁体仍然存在一些缺点，如重复性差和TC低。因此，目前纯有机铁磁体仅限于理论研究，离实用阶段还很远。在磁性高分子材料的制备中，由于不含任何无机金属离子，这类磁体的磁性机理和材料合成有许多新概念和新方法。在聚苯乙烯结构中，主链是简单的反式聚乙炔结构，R是自由基，并且有一个不成对的电子。每个单元中有一个不成对的电子，每个单元中不成对的电子之间的相互作用可能导致系统呈现一种铁磁性。进一步考虑电子和未结合电子之间的铁磁性交换关系，铁磁性将是稳定的。磁性高分子材料、高分子金属配合物和电

8、荷转移配合物的制备目前，该领域的研究工作主要集中在两个方面：(1)新型分子基铁磁体的设计和制备，以及新体系的磁结构相关性研究；(2)对于已知的分子铁磁体，通过调整分子结构，可以提高铁磁体铁磁相变的临界温度和矫顽力。理论上，宏观铁磁性是铁磁性材料在三维空间中长程磁有序化的协同结果。因此，当设计新的基于分子的铁磁系统时，应该努力增强分子之间的相互作用。磁性配位聚合物可以满足这一要求，因此磁性配位聚合物的设计和合成成为分子铁磁体研究的热点。陈友存等合成了两个新的草酸根桥联的双金属层状配合物。元素分析、红外光谱表征和变温磁化率测量结果表明，这两种层状配位聚合物中相邻金属离子之间存在反铁磁耦合。在高纯氮

9、气或氩气气氛下，林云等人以二茂铁为原料，通过多步反应合成有机磁性材料，并与自制的过量金属磁化剂反应，形成室温稳定的黑色有机磁粉。与铁氧体相比，改性有机磁性材料比重小，易于热压，具有良好的抗冲击、抗辐射和抗老化性能，可用于制作高性能高频微波电子器件。在磁性聚合物材料的制备中，复合磁性聚合物的结构单元中没有不成对的电子，它们本身也不是磁性的。聚合物中掺杂的无机磁性材料是其磁性的根本原因。根据聚合物和无机磁性材料的不同结合方法、制备方法和应用领域，复合磁性聚合物可分为磁性橡胶、磁性塑料、磁性聚合物微球、磁性聚合物薄膜等。磁性橡胶和磁性塑料磁性塑料(橡胶)是一种功能复合材料，是在塑料或橡胶中加入磁粉和

10、其他添加剂，并混合均匀而成。根据不同方向磁性能的不同，可分为两类：一类是磁性粒子易磁化方向随机排列，称为各向同性磁性塑料，性能较低，通常采用钡铁氧体(mBaOnFe2O3)作为磁性成分。二是在加工过程中通过施加磁场或机械力使磁粉的易磁化方向有序化，称为各向异性磁性塑料，以锶铁氧体(mSrOnFe2O3)为磁性成分。磁性高分子材料和磁性塑料的制备主要包括共混、原位聚合和化学转化。共混法：聚乙烯和对苯二甲酸酯与SrO.6Fe2O3磁粉、增塑剂、稳定剂和表面处理剂共混制备聚酯单丝的方法已经成熟。原位聚合：聚合物单体在活化磁粉表面聚合，形成以磁粉为核心、聚合物为包覆层的复合磁性粒子，磁性粒子均匀分散在

11、聚合物单体中。磁性颗粒可进一步制成块状材料，也可单独用作功能材料(磁性聚合物微球)。化学转化法：它可以改善前两种方法的缺陷，如粒度难以控制、磁粉分布不均匀、磁性弱等。这是一种较好的制备方法。磁性聚合物微球磁性聚合物微球是通过适当的方法将聚合物与无机物结合形成的具有一定磁性和特殊结构的微球。磁性聚合物微球在磁性材料、细胞生物学、分子生物学和医学等领域显示出巨大的生命力，因此对其进行了重点介绍。磁性高分子材料和磁性高分子微球的制备分为三类，如图所示。磁性高分子材料和磁性高分子微球的制备方法有很多，如包埋法、单体聚合法、化学液相沉积法等。(1)包埋法将磁性粒子分散在聚合物溶液中，通过雾化、絮凝、沉积

12、和蒸发得到内部含有一定量磁性粒子的聚合物微球。包埋二氧化硅磁性微球具有以下特点：1 .强磁响应性；2.低矫顽力；3.粒径为0.25-5米的单分散磁性微球；磁性高分子材料的制备；(2)单体聚合方法将磁性粒子均匀分散到含有单体的溶液或乳液中，用引发剂引发单体的聚合反应，得到内部含有一定量磁性粒子的聚合物微球。该方法得到的聚合物微球粒径大，磁响应强。目前，通过单体聚合合成磁性微球的方法主要有悬浮聚合、分散聚合和悬浮聚合磁性高分子材料的应用，磁性高分子材料的应用，磁性橡胶：铁氧体磁性橡胶已广泛用于制造冷藏车、冰箱和电冰柜的门垫圈，后来发展成为磁性橡胶条和风扇电机及旋转轮胎的减震材料。磁性塑料：由于其良

13、好的可加工性、易成型、尺寸精度高、刚性好、重量轻、价格低、易于批量生产，对电磁设备的小型化、轻量化、精密化和高性能化具有重要意义；它还可以记录声音、光和电的信息，因此它被广泛应用于许多领域，如电子电气、仪器仪表、通讯、日用品等。如制造彩色显像管的会聚元件、微型和特种电机的磁钢、汽车仪表、气动元件的分电器垫片和磁环等。磁性高分子材料、磁性橡胶磁性塑料磁性手镯磁性鼠标、磁性高分子材料、磁性橡胶磁性塑料磁性绘图板磁性飞镖、磁性高分子材料的应用、在医学和诊断学中的应用磁性高分子微球能快速响应外部磁场的变化，并能通过共聚作用在其表面赋予各种官能团(如OH、COOH、CHO、NH2)，从而与生物大分子、细

14、胞等相连。因此，它已广泛应用于许多领域，如细胞分离与分析、放射免疫分析、磁共振成像造影剂、酶分离与固定、DNA分离、靶向药物、核酸杂交、临床检测与诊断等。例如，通过包埋改性纤维素多糖(CAEB)-聚苯氢化硅烷(PAPE)共聚物作为骨架，制备了具有三层结构(骨架材料/磁性材料/药物)的磁性顺铂微球。该方法制备的磁性顺铂微球具有良好的药物控释特性，在恶性肿瘤治疗中具有极高的应用价值。磁性高分子材料、磁性粒子在生物分离中的应用、磁性粒子在药物靶向中的应用、磁性高分子材料、磁性粒子在生物医学检测中的应用、磁性高分子材料、磁共振成像造影剂目前临床上使用的主要是顺磁性造影剂和超顺磁性造影剂、磁性粒子在磁共

15、振成像中的应用，在隐身材料的研究领域，强吸收是传统材料的主要目标，而新材料应满足“薄、轻、宽、强”的要求。目前，用于防止雷达探测的微波吸收剂大多是无机铁氧体，但由于其密度高，很难在飞机上应用。开发轻质、宽频带、高吸收率的新型微波吸收剂是未来隐身材料的一个难点。根据电磁波理论，只有同时具有电损耗和磁损耗，才有利于拓宽频带和提高吸收率。因此，磁性聚合物微球和导电聚合物的复合材料具有新型微波吸收剂的特性，在隐身技术和电磁屏蔽方面具有广阔的应用前景。磁性高分子材料的应用、磁性高分子材料的应用、有机高分子磁体(OPM)具有良好的消波能力，可将以往工作在24千兆赫至14千兆赫的普通天线或雷达的工作频带展宽

16、，并具有良好的方向性。OPM可以使仪器更小更轻。微带天线、磁性高分子材料的应用、光纤传感技术的应用早期用于传感器的光纤大多直接使用或经过特殊处理(如包层处理)后再利用。然而，随着光纤传感技术的发展，在许多情况下，人们很不愿意只使用通信光纤。Lenz等人用磁致伸缩材料制作了一种磁敏光纤作为磁敏护套。下图显示了圆形磁敏材料，它可以直接涂在裸光纤上，也可以涂在光纤的非磁性聚合物护套上。光纤也可以粘附到平坦的矩形磁致伸缩材料片上。磁性材料在磁场作用下对光纤产生轴向应力，实现对磁场的传感。磁性高分子材料的应用、光纤传感技术的应用、磁敏光纤的原理图、磁性高分子材料的应用、磁性粒子(包括磁珠、磁性高分子微球等)。)的光电导功能材料具有磁响应性，并且可以在外部磁场的作用下容易地分离。此外，它还具有比表面积大、表面特性多样的特点，可与各种功能物质结合。酞菁作为有机光电导材料，具有价格低廉、稳定、低毒和光谱响应宽的特点。然而，它的不溶性和成膜困难阻碍了它的进一步研究和实际应用。研究最多的解决方案是酞菁分子与磁性聚合物链的共价键合：将酞菁官能团附着到磁性聚合物颗粒的表面，利用酞菁分子的光电导性作为检测信号来获得生物活性分子之间的相互作用信息，然后将其应用于临床检测和诊断。磁性