磁性高分子材料.pdf

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1、磁性高分子的研究进展与应用现状许超群（04300029）摘要对磁性高分子的研究现状进行了综述，重点讨论了磁性微球的分类、制备方法及其应用，并讨论了影响其磁性能的主要因素，最后对磁性高分子的发展趋势进行了展望。关键词磁性高分子；磁性微球；功能与结构；制备；应用1.引言人类最早使用的磁性材料是由天然磁石制成的,后来开始利用磁铁矿烧结成磁性材料。在磁性高分子材料出现以前,工业上广泛使用的是采用铸造工艺制成的铝镍钴合金和烧结的铁氧磁体等,由于其资源丰富、价格低廉、磁性能好等原因,目前以铁氧体为主的磁性材料仍然在

2、工业电器、家电以及电动设备中得到广泛应用。但是,这种铁氧体一般是通过二次烧结而制成的,烧结温度高达1200℃左右,质硬而脆,变形大,难以制成形状复杂、尺寸精度高的制品,而且成品率较低。磁性高分子材料的出现大大改善了烧结磁体的这些缺点,它具有重量轻、有柔性、加工温度不高、结构便于分子设计、透明、绝缘、可与生物体系和高分子共容、成本低等优点,但是磁性高分子材料的磁性能较低,如何提高其磁性能成为磁性高分子材料研究的主要热点。磁性高分子材料广泛应用于冰箱、冷藏柜、冷藏车的门封磁条,标识教材,广告宣传,电子工业以

3、及生物医学等领域,是一种重要的功能材料。磁性高分子材料可分为结构型和复合型两类。[2]2.结构型磁性高分子[1]结构型磁性高分子材料是指高分子材料本身具有强磁性的材料,它的设计有两条途径：(1)根据单畴磁体结构，构筑具有大磁矩的高自旋聚合物；（2）参考α-Fe、金红石结构的铁氧体，对低自旋高分子进行调整，从而得到高性能的磁性聚合物。按照聚合物类型的不同，结构型磁性聚合物主要可分为以下几类：纯有机铁磁体、高分子金属络合物和电荷转移复合物。2.1纯有机铁磁体近20年来，纯有机铁磁体的研究逐渐引起人们的注意，

4、一些有机聚合物铁磁体相继被合成出来。1980年代中期，首次合成了有机铁磁体polyBIPO，但工艺的重复性差，样品中磁性成分也很低。到1990年代，终于开发出了重复性较好的工艺。但一般情况下，纯有机铁磁体仍然具有重复性差、TC太低等不足，因此纯有机铁磁体目前仅限于理论研究，离实用阶段还相距甚远。从结构看，纯有机铁磁体是不含磁性金属元素的氮氧自由基铁磁性有机聚合物。因不含任何无机金属离子，该类磁体的磁性机理及材料合成出现了很多新概念和新方法。在polyBIPO结构中，主链是一简单的反式聚乙炔结构，如图1所

5、示。R是自由基，有一个未配对电子。每个单元内有一个未配对电子存在，各单元内未配对π电子之间的相互作用将可能导致体系呈现一种铁磁性。进一步考虑到π电子与未成键电子之间的铁磁交换关联，这种铁磁性将是稳定的，出现铁磁性的物理机理不同于铁、钴、镍等传统磁性材料。2.2高分子金属络合物和电荷转移复合物另一类磁性聚合物是含有磁性金属离子的有机强磁体，包括高分子金属络合物和电荷转＋－移复合物。例如，［M(CP)2］［TCNE］、CsNi［Cr(CN)6］(H2O)2、V［Cr(CN)６］0.86(H2O)2.8、PP

6、H·FeSO4强磁性体等。目前，这方面的研究工作主要集中在两方面：（1）设计和制备新的分子基铁磁体，研究新体系的磁性-结构相关性；（2）对已知的分子基铁磁体，通过调节分子结构，提高铁磁体的铁磁相变临界温度和增大矫顽力。理论上，宏观铁磁性是铁磁性材料在三维空间长程磁有序的协同结果，因此，在设计新的分子基铁磁性体系时，力求增强分子间的相互作用。磁性配位聚合物能满足这一要求，因而，设计和合成磁性配位聚合物就成为分子基铁磁体研究的热点。陈友存等人合成了两种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

7、、变温磁化率测定结果表明，在这两种层状配位聚合物中，相邻的金属离子之间存在反铁磁耦合作用。林云等人在高纯氮气或氩气的气氛中，以二茂铁为原料经多步反应合成的有机磁性材料为母体，与自制的过度金属磁化剂反应形成常温稳定的黑色有机磁性粉末。并指出与铁氧体相比，经改性的有机磁性材料比重小、易热压成型，有良好的抗冲击、抗辐射和抗老化性能，可用于制作高性能的高频微波电子器件。[2]2.3复合型磁性高分子复合型磁性聚合物的结构单元内没有未配对的电子存在，本身并不能导电，在聚合物中掺杂的无机磁性材料是其导电的根本原因。根

8、据聚合物与无机磁性材料的结合方式及制备方法、应用领域的不同，复合型磁性聚合物主要可分为磁性塑料和磁性高分子微球两类,这里着重讨论磁性高分子微球.磁性塑料是指在塑料或橡胶中添加磁粉及其他助剂，均匀混合后加工而成的一种功能性复合材料。这类材料已经进入实用阶段，广泛用于航空航天、汽车、彩电、计算机、复印机等领域。在计算机软驱电机、复印机显影辊、定影辊、汽车集成仪表、机械手、机器人的控制元件等方面，磁性塑料已经取代了传统烧结磁体。根据不同方向上磁性