磁性高分子材料簡介

1、磁性高分子材料磁性高分子材料 主講人：主講人：xxxxxx目目 錄錄前言前言1磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性高分子材料的種類與構(gòu)成2磁性高分子材料的制備方法磁性高分子材料的制備方法3磁性高分子材料的應(yīng)用磁性高分子材料的應(yīng)用4發(fā)展前景發(fā)展前景5前言前言 磁的故鄉(xiāng)磁的故鄉(xiāng) 中華民族很早就認(rèn)識到了磁現(xiàn)象，磁學(xué)是一個歷史悠久的研究領(lǐng)域。指南針是中國古代四大發(fā)明之一，古代中國在磁的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和應(yīng)用上還有許多都居于世界首位，可以說中國是磁的故鄉(xiāng)。前言前言 磁的來源磁的來源 物質(zhì)的磁性來源于原子的磁性，研究原子磁性是研究物質(zhì)磁性的基礎(chǔ)。原子的磁性來源于原子中電子及原子核的磁矩。原子核磁矩很小，在我們所考慮的

2、問題中可以忽略。 電子磁矩（軌道磁矩、自旋磁矩） 原子的磁矩。前言前言電子軌道運動產(chǎn)生電子軌道磁矩電子自旋產(chǎn)生電子自旋磁矩構(gòu)成原子的總磁矩物質(zhì)磁性的起源自旋的電子就會使它成為一個小磁鐵前言前言 在人類材料發(fā)展史上，磁性材料曾長期為含鐵族或稀土金屬合金和氧化物等無機磁性物質(zhì)所獨占，但因其比重大、脆硬、加工成型困難，使之在一些特殊場合下使用受限。 20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)了新的交叉學(xué)科有機和高分子磁學(xué)。前蘇聯(lián)的科學(xué)家Ovchinnikov，西班牙的F.Palacio，日本的T.Sugano，法國的Kahn等為此作出了巨大的貢獻。前言前言 高分子磁性材料因為其結(jié)構(gòu)種類呈現(xiàn)多樣性,較適合通過化學(xué)方法合

3、成得到磁性能與力學(xué)性能、光性能、電性能均較好的綜合性能。這類磁性材料還具有磁損耗小和特輕質(zhì)磁性等特點,很適合應(yīng)用在超高頻裝置、超高密度存貯材料、吸波材料、微電子工業(yè)和宇航等領(lǐng)域。隨著社會發(fā)展和科技進步，磁性高分子材料的合成和應(yīng)用研究成果層出不窮，已成為當(dāng)今功能高分子材料研究領(lǐng)域中的熱點之一。磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性顆粒均勻分布在高分子材料中磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性高分子材料通?？煞譃榇判愿叻肿硬牧贤ǔ？煞譃閺?fù)合型復(fù)合型和和結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型兩種兩種。復(fù)合型復(fù)合型磁性高分子材料是指以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(fù)合、表

4、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。結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料是指分子本身具有強磁性的聚合物，如聚雙炔和聚炔類聚合物，含氮基團取代苯衍生物，聚丙稀熱解產(chǎn)物等。 磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性高分子材料的種類與構(gòu)成復(fù)合型磁性高分子材料復(fù)合型磁性高分子材料 復(fù)合型磁性高分子材料是已實現(xiàn)商品化生產(chǎn)的重要磁性高分子材料，可分為樹脂基鐵氧體類高分子共混磁性材料和樹脂基稀土填充類高分子共混磁性材料兩類, 簡稱為鐵氧體類高分子磁性材料鐵氧體類高分子磁性材料和稀土類高分子磁性材料稀土類高分子磁性材料, 目前以鐵氧體類高分子磁性材料為主。 磁性高分子材料的種類與

5、構(gòu)成磁性高分子材料的種類與構(gòu)成 鐵氧體類高分子磁性材料鐵氧體類高分子磁性材料 與燒結(jié)磁鐵相比,鐵氧體類高分子磁性材料具有質(zhì)輕、柔韌、成型后收縮小、制品設(shè)計靈活等特點,可制成薄壁或復(fù)雜形狀的制品,可連續(xù)成型、批量生產(chǎn),可加入嵌件而無需后加工,可進行雙色成型和整體成型,可通過變更磁粉含量來控制磁性能,有極好的化學(xué)穩(wěn)定性。缺點是磁性較稀土類高分子磁性材料差,如果大量填充磁粉則影響制品強度。 磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性高分子材料的種類與構(gòu)成 稀土類高分子磁性材料稀土類高分子磁性材料 填充稀土類磁粉制作的高分子磁性材料屬于稀土高分子磁性材料。稀土類高分子磁性材料因受價格、資源的影響目前產(chǎn)量還不大。稀

6、土類高分子磁性材料的加工性能較出色,可以滿足電子工業(yè)對電子電氣元件小型化、輕量化、高精密化和低成本的要求, 將成為今后復(fù)合型高分子磁性材料發(fā)展的方向。 磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性橡磁性橡膠膠 磁性掛磁性掛鉤鉤磁性磁性膠膠片片 磁性高分子微球磁性高分子微球磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性高分子材料的種類與構(gòu)成結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料 某些芳香族自由基和烯烴自由基具有大的正原子或負(fù)原子自旋密度,通過分子自旋離域和自旋極化,這些自由基在晶體中形成正反自旋區(qū)域相間分布,當(dāng)正自旋密度遠(yuǎn)大于負(fù)自旋密度就可出現(xiàn)鐵磁耦合而顯示出磁性。磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性高

7、分子材料的種類與構(gòu)成 目前，大多數(shù)結(jié)構(gòu)型高分子磁性材料只有在低溫下才具有鐵磁性，這類材料目前尚處于理論研究階段。但這一類高分子磁性材料與傳統(tǒng)的磁鐵相比具有很多優(yōu)點。磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性高分子材料的種類與構(gòu)成結(jié)構(gòu)多樣,易于用化學(xué)方法對分子進行修裁而改變其磁性；磁性能多樣；可以將磁性和其它如力學(xué)性能、光性能、電性能等特性相結(jié)合；可以用常溫或低溫方法合成；易于加工成型,可以制成許多傳統(tǒng)磁體難以實現(xiàn)的器件；密度低。這些特點使結(jié)構(gòu)型高分子磁性材料作為新型光電功能材料具有廣闊應(yīng)用前景。 磁性高分子材料的種類與構(gòu)成磁性高分子材料的種類與構(gòu)成 結(jié)構(gòu)型高分子磁性材料目前主要的研究種類有具有高自旋多重度

8、的高分子磁性材料、含自由基的高分子磁性材料、熱解聚丙烯腈磁性材料、含富勒烯的高分子磁性材料、含金屬的高分子磁性材料、多功能化的高分子磁性材料等。冰箱貼冰箱貼磁橡膠磁橡膠磁性高分子材料的制備方法磁性高分子材料的制備方法 結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型磁性聚合物磁性聚合物的設(shè)計有兩條途徑： （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，對低自旋高分子進行調(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：純有機鐵磁體、高分子金屬絡(luò)合物和電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物。磁性高分子材料的制備方法磁性高分子材料的制備方法 純有機鐵磁體純有機鐵磁體

9、 1980年代中期，首次合成了有機鐵磁體polyBIPO，但工藝的重復(fù)性差，樣品中磁性成分也很低。到1990年代，終于開發(fā)出了重復(fù)性較好的工藝。但一般情況下，純有機鐵磁體仍然具有重復(fù)性差、TC太低等不足，因此純有機鐵磁體目前僅限于理論研究，離實用階段還相距甚遠(yuǎn)。 磁性高分子材料的制備方法磁性高分子材料的制備方法高分子金屬絡(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

10、材料在三維空間長程磁有序的協(xié)同結(jié)理論上，宏觀鐵磁性是鐵磁性材料在三維空間長程磁有序的協(xié)同結(jié)果，因此，在設(shè)計新的分子基鐵磁性體系時，力求果，因此，在設(shè)計新的分子基鐵磁性體系時，力求增強分子間的相增強分子間的相互作用互作用。磁性配位聚合物磁性配位聚合物能滿足這一要求，因而，設(shè)計和合成磁性能滿足這一要求，因而，設(shè)計和合成磁性配位聚合物就成為分子基鐵磁體研究的熱點。配位聚合物就成為分子基鐵磁體研究的熱點。磁性高分子材料的制備方法磁性高分子材料的制備方法 復(fù)合型復(fù)合型磁性聚合物磁性聚合物的結(jié)構(gòu)單元內(nèi)沒有未配對的電子存在，本身并沒有磁性，在聚合物中摻雜的無機磁性材料是其具有磁性的根本原因。 根據(jù)聚合物與無

11、機磁性材料的結(jié)合方式及制備方法、應(yīng)用領(lǐng)域的不同，復(fù)合型磁性聚合物主要可分為 磁性橡膠 磁性塑料 磁性高分子微球 磁性聚合物薄膜等。磁性高分子材料的制備方法磁性高分子材料的制備方法 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：各向同性磁性塑料和各向異性磁性塑料。 制備磁性塑料主要有共混、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

12、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。這種磁性粒子可進一步制成體型材料，也可單獨作為功能材料（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。磁性高分子材料的制備方法磁性高分子材料的制備方法 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)域顯示出了強大的生命力，故將其重點介紹。 磁性高分子

13、材料的制備方法磁性高分子材料的制備方法磁性高分子微球分成如圖所示的三大類 磁性高分子微球的制備方法很多，如包包埋法、單體聚合法、化學(xué)液相沉積法等埋法、單體聚合法、化學(xué)液相沉積法等 磁性高分子材料的制備方法磁性高分子材料的制備方法（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。 Affimag SLE 包埋式二氧化硅磁性微球包埋式二氧化硅磁性微球 特點：特點： 1 具有較強的磁響應(yīng)性 2 低矯頑力 3 可制備從0.25m -5m 粒徑范圍內(nèi)的單分散磁 性微球 磁性高分子材料的制備方法磁性高分子材料的制備方法（2 2）單體聚

14、合法）單體聚合法 將磁性粒子均勻分散到含有單體的溶液或乳液中，利用引發(fā)劑引發(fā)單體進行聚合反應(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。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。 磁性橡膠磁性橡膠： 鐵氧體磁性橡膠曾大量用于制造冷藏車、電冰箱、電冰柜的門封墊圈，后來發(fā)展到用于風(fēng)扇電機、旋轉(zhuǎn)輪胎的磁性橡膠條、減震材料。 磁性塑料：磁性塑料： 由于磁性塑料的機械加工性能好、易成型、尺寸精度高、軔性好、質(zhì)輕價廉、易批量生產(chǎn)，對電磁設(shè)備的小型、輕量、精密和高性能均有重要意義；又可記錄

15、聲、光、電信息，因而廣泛用于電子電氣、儀器儀表、通訊、日用品等諸多領(lǐng)域，如制造彩色顯象管的會聚組件、微特電機磁鋼、汽車儀器儀表、分電器墊片和氣動元件磁環(huán)等。 磁性手鏈磁性手鏈 磁性磁性鼠標(biāo)鼠標(biāo) 磁性畫板磁性畫板 磁性磁性飛鏢飛鏢 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 磁性高分子微球磁性高分子微球能夠迅速響應(yīng)外加磁場的變化，并可通過共聚賦予其表面多種功能基團(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和診斷等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。磁性粒子在磁性粒

16、子在生物分離生物分離上的上的應(yīng)應(yīng)用用磁性微粒在磁性微粒在藥物靶向藥物靶向上的應(yīng)用上的應(yīng)用磁性微粒在磁性微粒在生物醫(yī)學(xué)檢測生物醫(yī)學(xué)檢測中的應(yīng)用中的應(yīng)用 目前應(yīng)用于臨床的磁共振成像造影劑主要是順磁性造順磁性造影劑影劑和超順磁性造影劑超順磁性造影劑 磁性微粒在磁共振成像磁共振成像中的應(yīng)用吸波材料吸波材料 在隱身材料研究領(lǐng)域，傳統(tǒng)材料以強吸收為主要目標(biāo)，而新型材料則要滿足“薄、輕、寬、強薄、輕、寬、強”的要求。目前防止雷達探測所用的微波吸收劑多為無機鐵氧體，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。根據(jù)電磁波理論，只有兼具電、磁損耗才有利于展寬

17、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24GHz的一般天線或雷達的工作頻段拓寬到14GHz，并且具有良好的方向性。OPM可可使儀器小型化，輕量化使儀器小型化，輕量化。微帶天線微帶天線在光纖傳感技術(shù)中的應(yīng)用在光纖傳感技術(shù)中的應(yīng)用 Lenz等人制成了使用磁致伸縮材料做磁敏外套的磁敏光纖磁敏光纖。下圖是圓形磁敏材料，可直接敷在裸光纖上，也可以在光纖的非磁性聚合物的外套上再敷上磁性材料。也可以 將光纖粘在扁平的矩

18、形磁致伸縮材料片上。磁性材料在磁場的作用下對光纖產(chǎn)生軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力，而實現(xiàn)對磁場的實現(xiàn)對磁場的傳感傳感。 磁傳感器磁傳感器光導(dǎo)功能材料光導(dǎo)功能材料 磁性粒子(包括磁珠、磁性高分子微球等)具有磁響應(yīng)性，在外加磁場的作用下可以很方便地分離。另外它具有比表面積大、表面特性多樣的特點，可以結(jié)合各種功能物質(zhì)。 酞菁類化合物作為有機光導(dǎo)功能材料，具有價廉、穩(wěn)定、低毒和廣泛的光譜響應(yīng)的特點。然而它的不溶性和難以成膜性卻妨礙了它的深入研究和實際應(yīng)用。 研究最多的解決辦法即研究最多的解決辦法即將酞菁分子共價結(jié)合到磁性聚合物鏈上將酞菁分子共價結(jié)合到磁性聚合物鏈上：在磁性高分子粒子表面接上酞菁功能基，利用酞菁分子的光導(dǎo)在磁性高分子粒子表面接上酞菁功能基，利用酞菁分子的光導(dǎo)性作為檢測信號來獲取性作為檢測信號來獲取生物活性分子間生物活性分子間的相互作用信息，進而的相互作用信息，進而應(yīng)用于臨床檢測診斷。應(yīng)用于臨床檢測診斷。 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)在磁場條件下有不同的磁性而實現(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，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。我國對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