磁性高分子材料要点

解武磁性高分子材料1.引言2.分类3.制备4.运用5.展望引言人们最初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，其中以含铁和稀土元素为主，由于其资源丰富、价格低廉、磁性能好等原因，目前仍在工业电器以及电动设备中得到广泛应用，但是其又有密度大、脆硬、变形大、难以制成精密制品等缺点。高分子磁性材料，因具有柔软质轻、容易加工成尺寸精度高和形状复杂的制品，分子结构变化多端，还能与其它元件一体成型等特点，而越来越受到人们的关注。所以对高分子磁性材料的研究成为了一个重要方向。磁性高分子材料复合型磁性高分子材料结构型磁性高分子材料磁性橡胶磁性塑料磁性高分子微球磁性聚合物薄膜纯有机铁磁体（自由基聚合物）高分子金属络合物电荷转移复合物1.复合型磁性高分子材料复合型是指以高分子材料与各种无机磁性物质通过混合、粘结、填充复合、表面复合、层积复合等方式制得的磁性体，如磁性橡胶、磁性树脂、磁性薄膜、磁性高分子微球等。1.1磁性橡胶和磁性塑料磁性塑料（橡胶）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。根据不同方向上磁性能的差异，可以将其分为两类：一类是磁性粒子的易磁化方向呈杂乱无章排列，称为各向同性磁性塑料，性能较低，通常由钡铁氧体(mBaO·nFe2O3)作为磁性组元。另一类是在加工过程中通过外加磁场或机械力，使磁粉的易磁化方向有序排列，称作各向异性磁性塑料，使用较多的是锶铁氧体(mSrO·nFe2O3)作为磁性组元。制备磁性塑料（橡胶）主要有共混、原位聚合和化学转化三种方法。共混法：比较成熟，例如将聚乙烯、对苯二甲酸脂与SrO.6Fe2O3磁粉、可塑剂、稳定剂、表面处理剂共混制备聚脂单纤维丝。原位聚合法：使聚合物单体在活化处理过的磁粉表面聚合，形成以磁粉为核、聚合物为包复层的复合磁性粒子，磁性粒子在聚合物单体中分散均匀。这种磁性粒子可进一步制成体型材料，也可单独作为功能材料（磁性高分子微球）应用。化学转化法：能改善前两种方法存在的缺陷，如粒度难于控制、磁粉分布不均匀、磁性较弱等，是比较好的制备方法。1.2磁性高分子微球磁性高分子微球是指通过适当的方法使聚合物与无机物结合起来，形成具有一定磁性及特殊结构的微球。由于磁性高分子微球在磁性材料、细胞生物学、分子生物学和医学等诸多领域显示出了强大的生命力，故将其重点介绍。磁性高分子微球的制备方法很多，如包埋法、单体聚合法、化学液相沉积法等（1）包埋法将磁性粒子分散于高分子溶液中，通过雾化、絮凝、沉积、蒸发等方法得到内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特点：1.具有较强的磁响应性2.低矫顽力3.可制备从0.25μm-5μm粒径范围内的单分散磁性微球（2）单体聚合法将磁性粒子均匀分散到含有单体的溶液或乳液中，利用引发剂引发单体进行聚合反应，即可得到内部包有一定量磁性微粒的高分子微球。该法得到的高分子微球粒径较大，而且磁响应性强。迄今为止，单体聚合法合成磁性微球的方法主要有：悬浮聚合、分散聚合、乳液聚合（包括乳液聚合、种子聚合）等。1.3磁性聚合物膜（磁性来源于无机磁性物）磁性聚合物膜材料既具有磁记录、磁分离、吸波、缩波等磁特性，又具备质轻柔韧、加工性能优越等高分子特性，可将其用作高磁记录密度的高分子磁膜、分离膜、电磁屏蔽膜，从而在功能性记忆材料、膜分离材料、隐身材料、微波通讯材料等多种军用、民用领域获得重要用途。制造无机磁性填料一聚合物复合膜的比较成熟的物理方法有真空沉积、离子镀、溅射等，化学方法有共混、电镀、化学镀、液相外延等，近年来还发展了离子交换一化学沉积、仿生合成、模板合成等方法。2结构型磁性高分子材料结构型磁性高分子材料系指不用加入无机磁性物而高分子自身就具有强磁性的材料，由于比重小、电阻率高，其强磁性来源与传统的无机磁性材料很不相同，具有重要的理论意义和应用前景。合成有价值的磁性高分子的设计准则如下：①含未成对电子的分子间能产生磁相互作用，达到自旋有序化是获得磁性高分子的充分和必要条件；②分子中应有高自旋态的苯基，含N,O,CN,S等自由基体系或基态为三线态的4π电子的环戊二烯阳离子或苯基双阳离子等；③3d电子的Fe,Co,Mn,Cr,Ru,Os,V,Ti等含双金属有机高分子络合物是顺磁体，若使两个金属离子间结合一个不含未成对电子的有机基团，则可引起磁性离子M1M2间的超交换作用而获铁磁体。结构型磁性聚合物的设计有两条途径：（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-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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，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。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，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。2.2高分子金属络合物和电荷转移复合物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磁性高分子材料的应用磁性手链磁性鼠标医学、诊断学领域的应用磁性高分子微球能够迅速响应外加磁场的变化，并可通过共聚赋予其表面多种功能基团(如－OH，－COOH，－CHO，－NH2)从而联接上生物大分子、细胞等。因此，在细胞分离与分析、放射免疫测定、磁共振成像的造影剂、酶的分离与固定化、DNA的分离、靶向药物、核酸杂交及临床检测和诊断等诸多领域有着广泛的应用。例如，以改良的纤维素多糖(CAEB)-聚苯酐(PAPE)共聚物为骨架，利用包埋的方法制成了三层结构(骨架材料/磁性材料/药物)的磁性顺铂微球。用这种方法制备的磁性顺铂微球具有良好的药物控释特性，对于治疗恶性肿瘤具有极高的应用价值。目前应用于临床的磁共振成像造影剂主要是顺磁性造影剂和超顺磁性造影剂18作吸波材料在隐身材料研究领域，传统材料以强吸收为主要目标，而新型材料则要满足“薄、轻、宽、强”的要求。目前防止雷达探测所用的微波吸收剂多为无机铁氧体，但因其密度大难以在飞行器上应用。探索轻型、宽频带、高吸收率的新型微波吸收剂是隐身材料今后攻克的难点。根据电磁波理论，只有兼具电、磁损耗才有利于展宽频带和提高吸收率。因此，磁性高分子微球与导电聚合物的复合物具有新型微波吸收剂的特征，在隐身技术和电磁屏蔽上具有广阔的应用前景。有机高分子磁性体（OPM）具有很好的缩波能力，可将原来工作在2~4GHz的一般天线或雷达的工作频段拓宽到1~4GHz，并且具有良好的方向性。OPM可使仪器小型化，轻量化。微带天线在传感技术中的应用磁敏光纤原理图磁传感器磁分离技术磁分离技术是根据物质在磁场条件下有不同的磁性而实现的分离操作，它可从比较污浊的物系中分离出目标产物，而且易于清洗，这是传统生物亲和分离所无法做到的。同时，它几乎是从含生物粒子的溶液中吸附分离亚微米粒子的唯一可行方法。我国对磁性载体的研究正处于起步阶段，大多集中于磁流体和载体的制备方面。应用于磁分离技术的磁性载体应具备以下特点：（1）粒径比较小，比表面积较大，具有较大的吸附容量；（2）物理和化学性能稳定，有较高机械强度，使用寿命长；（3）含有可活化的反应基团，以用于亲和配基的固定化；（4）粒径均一，能形成单分散体系；（5）悬浮性好，便于反应的有效进行。磁分离技术展望磁性高分子微球已广泛应用于生物医学及工程等多个领域,人们在微球的磁响应性、粒径大小及分布、表面亲水或疏水性、生物相容性及稳定性等方面的研究都取得了较大的进展。但在怎样合成粒径小且磁响应性又好的微球,如何提高磁微球表面功能基的活性,如何改善磁微球生物相容性,怎样改进和扩展微球表面的功能性以拓展其应用范围等方面还有许多工作要做;同时,人们对磁性微球形成的机制,无机磁粒子与有机高分子之间的作用性质等基本论的研究还显不足。在这些方面的改进应该是今后此领域的研究重点和热点，可以预期,随着人们对磁性高分子微球研究的不断深入,必将引起制备和应用技术的革命性进步。Thanks！