磁性高分子材料

1、 解武解武磁性高分子材料1.引言引言2.分類分類3.制備制備4.運(yùn)用運(yùn)用5.展望展望引言人們最初使用的磁性材料是由天然磁石制成的，后來開始利用磁鐵礦燒結(jié)成磁性材料，其中以含鐵和稀土元素為主，由于其資源豐富、價(jià)格低廉、磁性能好等原因，目前仍在工業(yè)電器以及電動(dòng)設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，但是其又有密度大、脆硬、變形大、難以制成精密制品等缺點(diǎn)。高分子磁性材料，因具有柔軟質(zhì)輕、容易加工成尺寸精度高和形狀復(fù)雜的制品，分子結(jié)構(gòu)變化多端，還能與其它元件一體成型等特點(diǎn)，而越來越受到人們的關(guān)注。所以對(duì)高分子磁性材料的研究成為了一個(gè)重要方向。磁性高分子材料復(fù)合型磁性高分子材料結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料磁性橡膠磁性塑料磁性高分子

2、微球磁性聚合物薄膜純有機(jī)鐵磁體（自由基聚合物）高分子金屬絡(luò)合物電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物1.復(fù)合型磁性高分子材料復(fù)合型是指以高分子材料與各種無機(jī)磁性物質(zhì)通過混合、粘結(jié)、填充復(fù)合、表面復(fù)合、層積復(fù)合等方式制得的磁性體，如磁性橡膠、磁性樹脂、磁性薄膜、磁性高分子微球等。1.1磁性橡膠和磁性塑料磁性橡膠和磁性塑料磁性塑料（橡膠）是指在塑料或橡膠中添加磁粉及其他助劑，均勻混合后加工而成的一種功能性復(fù)合材料。根據(jù)不同方向上磁性能的差異，可以將其分為兩類：一類是磁性粒子的易磁化方向呈雜亂無章排列，稱為各向同性磁性塑料各向同性磁性塑料，性能較低，通常由鋇鐵氧體(mBaOnFe2O3)作為磁性組元。另一類是在加工過程中通

3、過外加磁場(chǎng)或機(jī)械力，使磁粉的易磁化方向有序排列，稱作各向異性磁性塑料各向異性磁性塑料，使用較多的是鍶鐵氧體(mSrOnFe2O3)作為磁性組元。制備磁性塑料（橡膠）主要有共混、原位聚合和化學(xué)轉(zhuǎn)化三種方法。共混法共混法：比較成熟，例如將聚乙烯、對(duì)苯二甲酸脂與SrO.6Fe2O3磁粉、可塑劑、穩(wěn)定劑、表面處理劑共混制備聚脂單纖維絲。原位聚合法原位聚合法：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(fù)層的復(fù)合磁性粒子，磁性粒子在聚合物單體中分散均勻。這種磁性粒子可進(jìn)一步制成體型材料，也可單獨(dú)作為功能材料（磁性高分子微球）應(yīng)用?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化法化學(xué)轉(zhuǎn)化法：能改善前兩種方法存在的缺陷，如

4、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。1.2磁性高分子微球磁性高分子微球磁性高分子微球是指通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ咕酆衔锱c無機(jī)物結(jié)合起來，形成具有一定磁性及特殊結(jié)構(gòu)的微球。由于磁性高分子微球在磁性材料、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域顯示出了強(qiáng)大的生命力，故將其重點(diǎn)介紹。磁性高分子微球的制備方法很多，如包埋法、單體聚合法、化學(xué)液相沉積法等（1）包埋法包埋法將磁性粒子分散于高分子溶液中，通過霧化、絮凝、沉積、蒸發(fā)等方法得到內(nèi)部包有一定量磁性微粒的高分子微球。 AffimagSLE包埋式二氧化硅磁性微球包埋式二氧化硅磁性微球 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1.具有較強(qiáng)的磁響應(yīng)性2.低矯頑力3

5、.可制備從0.25m-5 m 粒 徑 范 圍 內(nèi) 的單分散磁性微球（2）單體聚合法單體聚合法將磁性粒子均勻分散到含有單體的溶溶液液或乳液乳液中，利用引發(fā)劑引發(fā)單體進(jìn)行聚合反應(yīng)，即可得到內(nèi)部包有一定量磁性微粒的高分子微球。該法得到的高分子微球粒徑較大，而且磁響應(yīng)性強(qiáng)。迄今為止，單體聚合法合成磁性微球磁性微球的方法主要有：懸浮聚合、分散聚合、乳液聚合（包括乳液聚合、種子聚合）等。1.3磁性聚合物膜（磁性來源于無機(jī)磁性物）磁性聚合物膜材料既具有磁記錄、磁分離、吸波、縮波等磁特性，又具備質(zhì)輕柔韌、加工性能優(yōu)越等高分子特性，可將其用作高磁記錄密度的高分子磁膜、分離膜、電磁屏蔽膜，從而在功能性記憶材料、膜

6、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。制造無機(jī)磁性填料一聚合物復(fù)合膜的比較成熟的物理方法有真空沉積、離子鍍、濺射等，化學(xué)方法有共混、電鍍、化學(xué)鍍、液相外延等，近年來還發(fā)展了離子交換一化學(xué)沉積、仿生合成、模板合成等方法。2結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料系指不用加入無機(jī)磁性物而高分子自身就具有強(qiáng)磁性的材料，由于比重小、電阻率高，其強(qiáng)磁性來源與傳統(tǒng)的無機(jī)磁性材料很不相同，具有重要的理論意義和應(yīng)用前景。合成有價(jià)值的磁性高分子的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則如下：含未成對(duì)電子的分子間能產(chǎn)生磁相互作用，達(dá)到自旋自旋有序化有序化是獲得磁性高分子的充分和必要條件；分子中應(yīng)有高自旋態(tài)的苯

7、基，含N,O,CN,S等自由基體系或基態(tài)為三線態(tài)的4電子的環(huán)戊二烯陽(yáng)離子或苯基雙陽(yáng)離子等；3d電子的Fe,Co,Mn,Cr,Ru,Os,V,Ti等含雙金屬有機(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M1M2間的超交換作用而獲鐵磁體。結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型磁性聚合物的設(shè)計(jì)有兩條途徑：（1）根據(jù)單疇磁體結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑具有大磁矩的高自旋聚合物；（2）參考-Fe、金紅石結(jié)構(gòu)的鐵氧體，對(duì)低自旋高分子進(jìn)行調(diào)整，從而得到高性能的磁性聚合物。按照聚合物類型的不同，結(jié)構(gòu)型磁性聚合物主要可分為以下幾類：純有機(jī)鐵磁體、高分子純有機(jī)鐵磁體、高分子金屬絡(luò)合物和電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物。金屬絡(luò)合

8、物和電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物。2.1純有機(jī)鐵磁體純有機(jī)鐵磁體1980年代中期，首次合成了有機(jī)鐵磁體polyBIPO，但工藝的重復(fù)重復(fù)性差性差，樣品中磁性成分也很低磁性成分也很低。到1990年，終于開發(fā)出了重復(fù)性較好的工藝。但一般情況下，純有機(jī)鐵磁體仍然具有重復(fù)性差、TC太低等不足，因此純有機(jī)鐵磁體目前僅限于理論研究，離實(shí)用階段還相距甚遠(yuǎn)。因不含任何無機(jī)金屬離子，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。在polyBIPO結(jié)構(gòu)中，主鏈?zhǔn)且缓?jiǎn)單的反反式聚乙炔式聚乙炔結(jié)構(gòu)，R是自由基，有一個(gè)未配對(duì)電子。每個(gè)單元內(nèi)有一個(gè)未配對(duì)電子存在，各單元內(nèi)未配對(duì)電子之間的相互作用將可能導(dǎo)致體系呈現(xiàn)一種鐵磁性。進(jìn)

9、一步考慮到電子與未成鍵電子之間的鐵磁交換關(guān)聯(lián)，這種鐵磁性將是穩(wěn)定的。2.2高分子金屬絡(luò)合物和電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物高分子金屬絡(luò)合物和電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物 目前，這方面的研究工作主要集中在兩方面：（1）設(shè)計(jì)和制備新的分子基鐵磁體，研究新體系的磁性-結(jié)構(gòu)相關(guān)性；（2）對(duì)已知的分子基鐵磁體，通過調(diào)節(jié)分子結(jié)構(gòu)，提高鐵磁體的鐵磁相變臨界溫度和增大矯頑力。理論上，宏觀鐵磁性是鐵磁性材料在三維空間長(zhǎng)程磁有序的協(xié)同結(jié)果，因此，在設(shè)計(jì)新的分子基鐵磁性體系時(shí)，力求增強(qiáng)分子間的相互作用增強(qiáng)分子間的相互作用。磁性配位聚合磁性配位聚合物物能滿足這一要求，因而，設(shè)計(jì)和合成磁性配位聚合物就成為分子基鐵磁體研究的熱點(diǎn)磁性高分子材料的應(yīng)用磁

10、性手鏈磁性手鏈 磁性鼠標(biāo)磁性鼠標(biāo) 醫(yī)學(xué)、診斷學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用醫(yī)學(xué)、診斷學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用磁性高分子微球能夠迅速響應(yīng)外加磁場(chǎng)的變化，并可通過共聚賦予其表面多種功能基團(tuán)(如OH，COOH，CHO，NH2)從而聯(lián)接上生物大分子、細(xì)胞等。因此，在細(xì)胞分離與分析、放射免疫測(cè)定、磁共振成像的造影劑、酶的分離與固定化、DNA的分離、靶向藥物、核酸雜交及臨床檢測(cè)和診斷等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，以改良的纖維素多糖(CAEB)-聚苯酐(PAPE)共聚物為骨架，利用包埋的方法制成了三層結(jié)構(gòu)(骨架材料/磁性材料/藥物)的磁性順鉑微球。用這種方法制備的磁性順鉑微球具有良好的藥物控釋特性，對(duì)于治療惡性腫瘤具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

11、目前應(yīng)用于臨床的磁共振成像造影劑主要是順磁性造影劑順磁性造影劑和超順磁性造影劑超順磁性造影劑18作吸波材料作吸波材料 在隱身材料研究領(lǐng)域，傳統(tǒng)材料以強(qiáng)吸收為主要目標(biāo)，而新型材料則要滿足“薄、輕、寬、強(qiáng)”的要求。目前防止雷達(dá)探測(cè)所用的微波吸收劑多為無機(jī)鐵氧體，但因其密度大難以在飛行器上應(yīng)用。探索輕型、寬頻帶、高吸收率的新型微波吸收劑是隱身材料今后攻克的難點(diǎn)。根據(jù)電磁波理論，只有兼具電、磁損耗才有利于展寬頻帶和提高吸收率。因此，磁性高分子微球與導(dǎo)電聚合物的復(fù)合物具有新型微波吸收劑的特征，在隱身技術(shù)和電磁屏蔽上具有廣闊的應(yīng)用前景。有機(jī)高分子磁性體（OPM）具有很好的縮波能力縮波能力，可將原來工作在2

12、4GHz的一般天線或雷達(dá)的工作頻段拓寬到14GHz，并且具有良好的方向性。OPM可使儀器可使儀器小型化，輕量化小型化，輕量化。微帶天線在傳感技術(shù)中的應(yīng)用在傳感技術(shù)中的應(yīng)用磁敏光纖原理圖磁敏光纖原理圖 磁傳感器磁傳感器磁分離技術(shù)磁分離技術(shù)磁分離技術(shù)是根據(jù)物質(zhì)在磁場(chǎng)條件下有不同的磁性而實(shí)現(xiàn)的分離操作，它可從比較污濁的物系中分離出目標(biāo)產(chǎn)物，而且易于清洗，這是傳統(tǒng)生物親和分離所無法做到的。同時(shí)，它幾乎是從含生物粒子的溶液中吸附分離亞微米粒子的唯一可行方法。我國(guó)對(duì)磁性載體的研究正處于起步階段，大多集中于磁流體和載體磁流體和載體的制備方面。應(yīng)用于磁分離技術(shù)的磁性載體磁性載體應(yīng)具備以下特點(diǎn)：（1）粒徑比較小，比表面積較大，具有較大的吸附容量；（2）物理和化學(xué)性能穩(wěn)定，有較高機(jī)械強(qiáng)度，使用壽命長(zhǎng)；（3）含有可活化的反應(yīng)基團(tuán)，以用于親和配基的固定化；（4）粒徑均一，能形成單分散體系；（5）懸浮性好，便于反應(yīng)的有效進(jìn)行。磁分離技術(shù)磁分離技術(shù)展望磁性高分子微球已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)及工程等多個(gè)領(lǐng)域,人們?cè)谖⑶虻拇彭憫?yīng)性、粒徑大小及分布、表面親水或疏水性、生物相容性及穩(wěn)定性等方面的研究都取得了較大的進(jìn)展。但在怎樣合