第23卷第2期 青 岛 化 工 学 院 学 报 V o l.23N o.2 2002年6月 Jou rnal of Q ingdao In stitu te of Chem ical T echno logy Jun.2002 文章编号:1001-4764(2002)020-0023-04
磁性高分子材料的研究进展
王韶晖1,张 萍1,赵树高1,王声乐2,3,都有为3
(1.青岛化工学院高分子科学与工程学院,山东青岛266042;
2.南京斯威特集团博士后工作站,江苏南京210006;
3.南京大学物理系固体微结构物理国家重点实验室,江苏南京210093)
摘 要:综述了结构型和复合型两类磁性高分子材料的制备方法、结构及性能的研究进
展,并讨论了磁性能的影响因素。
关键词:磁性高分子材料;功能材料;结构与性能
中图分类号:TQ324.8 文献标识码:A
Advance i n M agnetic Poly m er M a ter i a ls
WAN G Shao-hu i1,ZHAN G P ing1,ZHAO Shu-gao1,WAN G Sheng-yue2,3,DU You-wei3
(1.Co llege of Po lym er Science and Engineering,Q ingdao Institute of Chem ical T echno logy,Shandong Q ingdao
266042;2.T he Po stdocto ral R esearch Stati on of SV T Group,J iangsu N anjing210006;3.N ati onal Key L abo rato ry
of So lid State M icro structures and D epartm ent of Physics,N anjing U niversity,J iangsu N anjing210093)
Abstract:M agnetic po lym er m aterials can be classified as structu re2type and filling2
typ e group s.In th is review,the p rep arati on m ethods,structu res and m agnetic p roperties
of the tw o group s are summ arized and the facto rs influencing the m agnetic p roperties are
discu ssed.
Key words:m agnetic po lym er m aterial;functi onal m aterial;structu res and p roperties
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,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。
1 结构型磁性高分子材料
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,如聚苯硫醚2SO3体系、聚乙炔2A sF5体系[1],PPH聚合物(聚双2,6吡啶基辛二腈),PPH?FeSO4强磁性体[2,3]以及二茂金属高分子有机磁性材料[4]等,这类磁性材料尚处于探索阶段。
结构型磁性高分子材料的设计和构筑有两条途径:①根据单畴磁体结构,构筑具有大磁矩的高
收稿日期:2001-06-25
作者简介:王韶晖(1973～),男,硕士研究生;指导教师:赵树高(1949～),男,教授
自旋聚合物;②参考Α2Fe、金红石结构的铁氧体,使低自旋高分子的自旋取齐。按照聚合物的类型可将结构型磁性高分子材料分为以下几类:二炔烃类衍生物的聚合物、热解聚丙烯腈、三氨基苯、电荷转移络合物、金属有机高分子磁性体[5]。下面简要介绍结构型磁性高分子材料的研究进展。1.1 聚合法制备的结构型磁性高分子材料
日本东京大学的管野忠[3]在澳大利亚科学家所合成的PPH聚合物(聚双2,6吡啶基辛二腈)的基础上,合成出了PPH?FeSO4强磁性体,其磁性可与磁铁矿石媲美。具体的合成过程是先将2,6吡啶二醛的醇溶液与己二胺的醇溶液混合,并加热至70℃左右,这时发生脱水缩聚反应,形成聚合物沉淀。将沉淀干燥成粉状产品分散于水中,再加热至100℃,加入硫酸亚铁水溶液,即得到PPH?FeSO4强磁性聚合物。这种聚合物呈黑色,密度为1.2～1.3,耐热性好,在300℃的空气中不分解,不溶于有机溶剂。其剩磁极小,仅为普通磁铁矿的1 500,矫顽力10O e(27.3℃)～470 O e(266.4℃)。
W ang L i等[6]利用纳米磁性Ziegler2N atta 催化剂,通过在纳米磁性微粒表面上进行原位配位聚合制备了新型的磁性聚乙烯纳米复合材料。其制备过程可分为四步:①利用化学共沉法[7,8]制备纳米磁性微粒C r x Fe32x O4;②A lR3与纳米磁性微粒表面上的羟基反应,形成锚固点(—A lR2),通常有机铝的加入量应满足A l OH>1,这样就可以完全除去羟基,并形成更多的锚固点;③加入T i C l4,使T i A l>1,然后洗去过量的T i C l4。这样,在纳米磁性微粒表面上T i与锚固点发生配位反应,形成聚合活性中心;④乙烯在纳米磁性微粒的表面上发生原位聚合,生成磁性聚乙烯纳米复合材料。研究还发现,乙烯的聚合活性基本上不受聚合温度(30～60℃)和时间(<1h)的影响。得到的磁性聚合物的饱和磁化强度Ρs取决于纳米磁性微粒的含量。如含纳米磁性微粒75.3%的纳米复合材料的Ρs=39em u?g-1 ,而含纳米磁性微粒72%的纳米复合材料的Ρs=37em u?g-1 。另外,磁性微粒表面吸收的水份会使Ρs降低,应完全去除水份。
Cao X inp ei等[9]将N dFeB磁体与催化剂预先经过球磨活化处理,然后在N dFeB磁体表面上引发乙烯聚合制备了聚乙烯基磁性复合材料。并研究了复合材料的矫顽力和剩磁,发现复合材料基本上保持了磁粉的磁性能,与熔融混合法制备的复合材料相比,磁体与聚合物的粘结强度明显提高。
1.2 核2壳型磁性高分子材料
H iro sh i Sh iho等[10]在尿素,聚乙烯基吡咯烷酮和盐酸中控制FeC l3的水解,使球状微米级聚合物粒子表面沉积上一层磁性物质,从而获得了具有核2壳结构的磁性高分子材料。具体的制备工艺如下:在冰浴中,将经过纯化的聚合物粉末(聚二乙烯基苯)用浓硫酸磺化2h,经过再悬浮和离心分离制得磺化聚合物乳液,然后在干燥器中干燥。将含有不同量的磺化聚合物粉末、聚乙烯基吡咯烷酮6.0g和1dm3蒸馏水的反应混合物进行超声分散,温度95℃,然后加入1×10-3m o l Fe2 C l3和0.1m o l尿素。反应1.7h后,再加入一些尿素,然后逐渐加入额外的FeC l3溶液。产物可以从溶液中过滤得到。为了改变壳层的化学组成,将复合物在氢气中加热至270～330℃。考虑到煅烧处理工艺,核心聚合物采用交联的耐热聚合物微粒。无机物材料能够覆盖在聚合物微粒表面上,并能生长成一定厚度的壳层,其机理是无机物微粒在聚合物核表面上发生了原位杂凝聚[11,12]。增加FeC l3的用量,壳层的厚度增加;而XRD和SE M 研究则表明壳层的化学组成、形态以及最终的磁性能则可以通过控制煅烧条件来进行控制。产品的饱和磁化强度随着壳层还原程度的增加而单调增大;剩余磁化强度在壳层由赤铁矿转变为磁铁矿的过程中一直增加,而在壳层由磁铁矿转变为铁的过程中则减小。
王延梅等[13]首先通过无皂乳液聚合法得到苯乙烯和丙烯酸共聚物[P(St2co2AA)],苯乙烯和42乙烯基吡啶共聚物[P(St2co24V P)]的微球,通过还原法将金属镍和钴沉积在P(St2co2AA)和P(St2co24V P)的表面上,制备了磁性高分子金属(镍、钴)微球。通过透射电子显微镜观察磁性高分子微球的形貌,发现与P(St2co2AA)和P(St2co2 4V P)相比,其表面不光滑,有新的物相产生,X2射线衍射物相分析也支持这一结论,而且可以看到高分子微球表面附有许多纳米级的颗粒。通过测定磁性高分子金属微球的交流磁化率,发现随着温度的降低,磁化率降低,这与顺磁性物质不同,可以断定它们是强磁性物质。表1中列出了这四种材料的一些磁性参数。
由表1中的数据可以看出,这四种微球均为
42 青 岛 化 工 学 院 学 报 第23卷
软磁性材料,而且含镍的聚合物微球的软磁性能要优于含钴的微球。另外,含镍微球在经降温后再升温,其居里温度升高,都有为等[14]也发现了这一现象,认为这是由于镍超细微粒在升温过程中的凝结与烧结长大造成的。电镜照片也支持这一观点。
另外,还出现了以生物高分子为壳层,磁性金属氧化物为核的核2壳结构磁性生物高分子微球[15,18]。这类材料可望用于固定化酶、靶向药物、细胞分离与免疫分析等领域。
表1 四种磁性高分子金属微球的磁性参数
T able1 T he m agnetic p roperties of po lym er m etal m icro spheres.
性 能
磁性高分子
P(St-co-AA)N i P(St-co-4V P)N i P(St-co-AA)Co P(St-co-4V P)Co
矫顽力H C O e3252700740饱和磁化强度Ρs em u?g-11.792.95.419.9剩余饱和磁化强度Ρr em u?g-1太小未测出1.12.47.9磁滞损耗很小很小较大较大
T C ℃175℃(第一次升温)
204℃(第二次升温)
180℃(第一次升温)
202℃(第二次升温)
由于Co的居里温度
很高(1122.8℃)所
以该微球在未达到
T C时就已分解了
由于Co的居里温度
很高(1122.8℃)所
以该微球在未达到
T C时就已分解了
2 复合型磁性高分子材料
复合型磁性高分子材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。复合永磁材料的磁性能虽低于烧结磁体,但它可以制备小型、异型的永磁体,广泛应用于微型电机、办公用品、自动控制等领域[19],而且与烧结磁体相比,具有能耗低、易于加工成型、尺寸精度高、柔韧性强等优点。磁性高分子材料中添加的永磁磁粉主要为金属粉末、铝镍钴磁粉、铁氧体和稀土永磁材料。根据不同方向上磁性能的差异,可以将其分为各向同性和各向异性磁性高分子材料。磁性高分子材料的磁性能来源于磁粉,而磁粉的磁性能取决于它们的结晶结构,首先决定于结晶形状和粒子的大小以及它们的均匀性。磁粉的矫顽力由结晶的各向异性、形状的各向异性和磁致伸缩的各向异性决定。而且在一定范围内,矫顽力随粒子尺寸的减小而增大。
2.1 制备方法
复合型磁性高分子材料的制备工艺如下:经表面处理的磁粉+橡胶或塑料+其它配合剂经开炼机混炼或高速混合机混合后出片或造粒,经硫化或注射模压,最后充磁。
2.2影响磁性能的主要因素
2.2.1磁粉的形状、用量和粒径
H alit等[20]研究了不同形状(球状、纤维状、片状以及镍包覆的石墨纤维)的镍基填料与聚乙烯复合而成的复合材料的磁性能,发现这些复合材料的磁导率不受磁粉形状的影响,但随着镍基填料用量的增加而呈线性增长,最大的相对磁导率值出现在镍粉的体积分数为67%时。Petra等[21]研究了钡铁氧体填充硅橡胶的磁性能,发现随着铁氧体用量的增加,剩磁呈直线上升,而最大磁能积则随磁粉的用量的增加而增加,但不是线性关系。除此之外,对于各向异性磁性高分子材料而言,磁性粉末的取向度也是影响其磁性能的重要因素。取向度是指磁晶粒子按磁化择优原则在磁体使用方向上有序排列的程度,其计算方法如下: Q=[B r⊥ (B r⊥+B r∥)]×100%。其中,Q表示取向度;B r⊥表示取向方向的剩磁;B r∥表示垂直于取向方向的剩磁。
磁性高分子材料的磁性能基本上不受高分子种类的影响,而主要取决于磁粉的性质和用量。由氯丁橡胶和丁腈橡胶等极性高分子制备的磁性高分子材料的磁通量略高,这是由于生胶单体分子具有较强极性时,有利于各向异性晶体粒子的定向排列,因此有利于磁性能的提高,但是这种差别并不明显。
磁粉的粒径对磁性高分子材料的磁性能有较大的影响,一般粒径较大,粒度分布不均匀,则在复合材料中的分散不均匀,导致内退磁现象增强,
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第2期 王韶晖等:磁性高分子材料的研究进展
还会造成应力集中,降低物理机械性能。磁粉粒径小时,一方面磁粉在高分子材料中分散均匀,另一方面磁粉粒径越小,退磁能力就越小,就不会产生畴壁,当粒径足够小时,各颗粒成为单畴,这样当磁粉的粒径接近磁畴的临界晶粒直径时,磁性材料的矫顽力大大增加。因此从理论上讲要求粒径尽可能小,但实际上很难办到,一般磁粉的粒径最好为0.5～3Λm[22]。
2.2.2 磁粉的预处理(热处理与表面改性)
铁氧体磁粉一般是在1150～1300℃烧结而成,然后粉碎成0.8～2Λm的粉末。由于在机械粉碎时,产生了很大的内应力,同时晶体也有很多缺陷,这对磁性能是不利的。进行适当的退火处理可以使晶体的缺陷在一定程度上得到恢复,有利于磁性的提高。
磁粉属于亲水性的无机物与疏水性的高分子材料的亲和性较差,因而磁粉很难在高分子材料中均匀分散,大大影响了磁性高分子材料的磁性能和物理机械性能。目前,解决这一问题的方法主要是用偶联剂对磁粉进行表面改性处理。经偶联剂处理后,不但提高了磁粉与高分子的相容性,而且能够增加磁粉在高分子材料中的添加量,因而可以大大提高磁性能。对于稀土类磁粉而言,用偶联剂处理,还可以防止其发生氧化作用,从而提高了其磁稳定性。
2.2.3 加工工艺的影响
在磁性橡胶的制备过程中,可以进行如下的改进。在外加磁场中进行混炼,可以使磁性微粒在混炼中得到较高程度的取向,从而提高磁性能。磁场磁力线的方向是磁取向能否成功的关键因素,赖武铨等[23]认为磁粉的注入方向与磁力线方向平行时,制成的磁性橡胶各向异性最佳。还可以通过压延效应提高磁性,即可以采用薄通法,将薄胶片逐层按相同压延方向叠合,然后压成一定厚度的胶片待用。这是因为压延效应能使磁粉定向排列而呈各向异性。另外在磁场中进行硫化也可以提高磁性,因为硫化初期胶料处于热流动状态,磁粒(畴)在外磁场作用下能顺利地取向一致,到硫化交联后,高分子链间的网状结构限制或固定住这些整齐排列的磁粒,使之不能转向。硫化后对制品进行剪切拉伸,在保证产品具有良好的机械性能的同时,也能够提高其磁性。
复合型磁性高分子材料的研究近年来进展较为缓慢,但也出现了一些新的制备方法。刘颖等[24]利用二茂金属高分子铁磁体微粉与经过处理的N dFeB和丙酮混合后真空干燥并造粒,然后热压成型,制备了磁性高分子粘结钕铁硼,而且在磁粉体积分数相同的情况下,磁性高分子粘结N dFeB 的磁性能比非磁性高分子粘结N dFeB的磁性能高。这是由于这两类粘结N dFeB磁体中的N dFeB 磁粉颗粒之间的磁场结构状态发生了变化。在磁性高分子粘结的N dFeB颗粒之间具有磁性的二茂金属高分子铁磁体能导磁,起着导磁体的作用,其磁阻小;而环氧树脂粘结的N dFeB颗粒之间,由于环氧树脂无磁性,使得N dFeB颗粒之间的磁力线穿过环氧树脂,其磁阻很大。这种磁性高分子材料实际上是由结构型与复合型结合而得到的一种新型磁性高分子材料,是制备磁性高分子材料的一种新方法。
3 展望
近年来发展起来的非晶和纳米微晶金属软磁材料具有许多优异的特性[19]。与晶态相比,非晶态材料通常具有高强度、高耐腐蚀性和高电阻率等特性,在高功率脉冲变压器、航空变压器、开关电源等方面已获得应用。而纳米结构的软磁材料具有优良的高频特性。因此采用非晶和纳米微晶金属软磁材料与高分子结合可望制备出一种新型的磁性高分子材料,既具有非晶和纳米微晶金属软磁材料优异的磁性能又具有高分子材料易于加工、尺寸精度高、可加工成各种复杂的形状等优点,这一领域的研究将大有可为。
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第2期 颜世峰等:聚乙烯改性及其进展
1磁性塑料的介绍~~~~~~~ 磁性塑料是高分子磁性材料中的一种。高分子磁性材料是一种具有记录声、光、电等信息并能重新释放的功能高分子材料，是现代科学技术的重要基础材料之一。 有机高分子磁性材料作为一种新型功能材料，在超高频装置、高密度存储材料、吸波材料和微电子等需要轻质磁性材料的领域具有很好的应用前景。 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,电子工业以及生物医学等领域,是一种重要的功能材料 特点：有机磁性材料的优点：a、结构种类的多样性；b、可用化学方法合成；c、可得 到磁性能与机械、光、电等方面的综合性能；d、磁损耗小、质轻、柔韧性好、加工性能优越；用于超高频装置、高密度存储材料、吸波材料、微电子工业和宇航等需要轻质磁性材料的领域 2磁性塑料的分类及举例 高分子磁性材料分为结构型和复合型两种：结构型磁性材料是指高分子材料本身具有强性；复合型磁性材料是指以塑料或橡胶为黏结剂与磁粉混合黏结加工而制成的磁性体。 结构型磁性材料：结构型高分子磁性材料的种类主要有：高自旋多重度高分子磁性材料；自由基的高分子磁性材料；热解聚丙烯腈磁性材料；含富勒烯的高分子磁性材料；含金属的高分子磁性材料；多功能化高分子磁性材料等. 复合型磁性材料：复合型磁性塑料是指在塑料中添加磁粉和其他助剂，塑料起黏结剂作用。磁性塑料根据磁性填料的不同可以分为铁氧体类、稀土类和纳米晶磁类。根据不同方向磁性能的差异，又可以分为各向同性和各向异性磁性塑料。 3磁性材料的应用 3.1磁性橡胶 磁性橡胶铁氧体填充橡胶永磁体曾大量用于制造冷藏车、电冰箱、电冰柜门的垫圈。北京化工研究院曾研制出专用于风扇电机的磁性橡胶，应用于计算机散热风扇。日本铁道综合技术研究所开发出利用磁性橡胶的磁性复合型减振材料。德国大陆轮胎公司将磁粉混入轮胎侧胶料形成磁性胶条，再通过轮胎胎侧扭力测量装置采用传感器从旋转轮胎胎侧的磁性胶条上采集信号，以获取大量有关汽车和路面之间力的有用数据，有利于驾驶员在不同路况下对车的控制。 3.2磁性塑料 磁性塑料又称塑料磁铁，兼有磁性材料和塑料的特性。根据填充磁粉类型可分为铁氧体类磁性塑料和稀土类磁性塑料。由于磁性塑料机械加工性能好、易成型，且尺寸精度高、韧性好、重量轻、价格便宜、易批量生产，因此对电磁设备的小型化、轻量化、精密化和高性能化有重大意义。它可以记录声、光、电信息，因而广泛用于电子电气、仪器仪表、通讯、日用品等诸多领域，如制造彩色显像管会聚组件、微电机磁钢、汽车仪器仪表、分电器垫片和气动元件磁环等。 3．3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
光敏高分子材料的研究进展 骆海强，重庆大学化学化工学院应用化学2班 摘要：由于当今材料科学技术的快速更迭，高分子材料逐渐成为材料科学领域中极具发展潜力的一类材料。在可利用能源不断缩减的今天，光敏高分子材料的研究力度大大提升，逐渐成为现代生活中不可或缺的部分。本文分别对光敏高分子材料的四大类——感光性高分子材料、光能转化高分子材料、光功能高分子材料及高分子非线性光学材料本身的特性及应用进行了综述性概括，以便快捷了解光敏高分子材料的特点。 0前言 随着材料科学技术相关研究人员在该领域的不断探索，高分子材料无论是在科研领域还是社会生活中，都扮演着极为重要的角色。在光电材料研究风气盛行的当下，太阳能电池、太阳能汽车等光能利用、转化设备普及的大环境下，光敏高分子材料的研究力度渐渐增加，也得到了许多理想的科研成果， 1光敏高分子材料概述 在光照下能表现出特别性能的高分子聚合物即为光敏高分子材料，是材料科学里一类主要的功能高分子材料，所触及范畴也较为普遍，如光致抗蚀剂、光导电高分子、高分子光敏剂等功能材料。 光敏高分子材料根据其自身在光照条件下所产生的反应类型及其展现出的特征性能，可以分成如下四类：感光性高分子材料、光能转化高分子材料、光功能高分子材料及高分子非线性光学材料。 现基于以上分类，对各种材料进行阐述。 2 感光性高分子材料 在光照下可以进行光化学反应的高分子材料常被称为感光性高分子材料。
根据其用途可分为光敏涂料和光刻胶。 2.1光敏涂料 2.1.1光敏涂料的作用机理 光敏涂料具有光敏固化功能，可以利用光交联反应或光聚合反应，使其中的低聚物聚合成膜或网状。经过恰当波长照射后，光敏涂料会快速固化，获得膜状物。因为固化过程较为稳定不易挥发溶剂，从而降低了排放，提高了材料利用，保障了安全性。而且由于是在覆盖之后才发生的交联，使图层交联度更好，机械强度也更稳固。 2.1.2光敏涂料的中常见低聚物的类型 以铁酸锌环氧酯错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。涂料为一类的环氧树脂型低聚物，在紫外光的处理下，给电冰箱表面上漆，能够是冰箱表面具有很好的柔顺性且不宜脱落。以含氟丙烯酸酯预聚物错误!未找到引用源。为一类的不饱和聚酯型低聚物，与光引发剂等结合后形成的混合型涂料，其硬度、耐挂擦力、附着力等性能大大提高。此外还有聚氨酯型低聚物错误!未找到引用源。及聚醚型低聚物。 2.2光刻胶（光致抗蚀剂） 2.2.1光刻胶的作用机理 生产集成电路的现有工艺中，通常会用这类感光性树脂覆盖在氧化层从而避免其被活性物质腐蚀。将设计好的图案曝光、显影，改变了其溶解性，其中树脂发生化学反应后去除了易溶解的物质，氧化层表面留下不溶部分，从而避免氧化层被活性物质腐蚀。 2.2.2光刻胶的分类 正性光刻胶和负性光刻胶错误!未找到引用源。是根据曝光前后涂膜的溶解性来分类的。其中正性光刻胶受光后会降解，被显影液所消融；而与之相反，在光照后，负性光刻胶获得的图形恰好与掩膜板图形互补，即曝光处会发生交链反应形成不溶物残余在表面形成图像，而非曝光处则如正性光刻胶同样被消融，。 根据光刻胶所吸收的光的紫外波长，还可将其分为深紫外(i-线，g-线)光刻胶，远紫外(193 nm)光刻胶和极紫外(13. 5nm)光刻胶错误!未找到引用源。。Lawrie等错误!未找到引用源。经过多次实践合成了一种感光灵敏度为4~6 mJ/cm2、分辨率为22.5 nm的
磁性高分子材料的制备及应用 摘要 磁性高分子材料分为复合型和结构型两类,分别阐述了复合型和结构型磁性高分子材料的研究和应用现状,强调了磁性高分子材料的发展意义,本文旨在探讨有关高分子磁性材料制备、性质及应用的最新研究成果。并对其理论和应用领域的开拓前景进行了展望。 关键字磁性高分子功能材料制备方法应用 前言 磁性材料是古老而用途十分广泛的功能材料，最早人们使用的磁性材料大多由天然磁石制成的,后来开始利用磁铁矿烧结成磁性材料,其中以含铁族和稀土元素为主,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,但是因其密度大、脆硬、变形大、难以制成精密制品等缺点,所以对高分子磁性材料的研究成为一个重要方向。近来对结构型磁性高分子材料的研究取得了进展,合成了许多有机磁性高分子材料磁性聚合物微球自70年代中后期以来便受到了国内外学者的普遍关注，有关磁性聚合物微球的制备和应用的研究论文逐年增加，国外学者针对磁性聚合物微球的制备及在生物医药工程靶向药物临床医学等领域的应用也申请了不少的专利，有些已经商品化。 磁性高分子材料的分类 磁性高分子材料通常可分为复合型和结构型两种。复合型磁性高分子材料是已实现商品化生产的重要磁性高分子材料,能够作为功能材料应用的主要有磁性橡胶、磁性塑料、磁性高分子微球磁性聚合物薄膜等。复合型磁性高分子材料中的磁性无机物主要是铁氧体类磁粉和稀土类磁粉。稀土磁粉出现后,树脂粘结磁体飞速发展。作粘结剂的高分子主要是橡胶、热固性树脂和热塑性树脂。橡胶类粘结剂主要用于柔性复合磁体的制造,但与塑料相比,一般成型加工困难。热固性粘结剂一般用环氧树脂、酚醛树脂。磁性高分子微球所采用的高分子材料主要是蛋白质、生物多糖、脂类等生物高分子和人工合成的接有各式各样功能基团的合成高分子。目前国内外研究较多的是以核径迹蚀刻膜为基板的纳米磁性材料,它实际上是采用模板法,以聚碳酸酷核径迹蚀刻膜为基体,在其中电沉积磁性粒子,利用其规整膜孔来控制得到的有序纳米磁性材料。 磁性高分子材料的研究现状 1复合型磁性高分子材料 复合型磁性高分子材料主要是指在塑料或橡胶中添加磁粉和其他助剂,均匀混合后加工而成的一种复合型材料。复合型磁性高分子材料根据磁性填料的不同可以分为:铁氧体类、稀土类和纳米晶磁粒类。根据不同方向上的磁性能的差异,又可以分为各向同性和各向异性磁性高分子材料。能够作为功能材料应用的主要有磁性橡胶、磁性塑料、磁性高分子微球、
纳米磁性材料的制备和研究进展综述 一．前言 纳米材料又称纳米结构材料 ,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料 (1-100 nm) ,或由它们作为基本单元构成的材料 ,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系。磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。因此 ,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。 司马迁《史记》记载黄帝作战所用的指南针是人类首次对磁性材料的应用。而今纳米磁性材料广泛应用于生物学，磁流体力学，原子核磁学，机体物理学，磁化学，
天文学，磁波电子学等方面。随着雷达、微波通信、电子对抗和环保等军用、民用科学技术的,微波吸收材料的应用日趋广泛 ,磁性纳米吸波材料的研究受到人们的关注。纳米磁性材料也对人们的生产与生活带来诸多的利益。 本次综述，主要针对磁性纳米材料的制备方法和研究进展两个问题进行阐述。首先，介绍磁性纳米材料的发展历史，可以追溯到黄帝时期。其次，介绍磁性纳米材料的分类。------再次，重点介绍磁性纳米材料是怎么制备的。其制备方法一般分为三大类：1.由上到下，即由大到小，将块材破碎成纳米粒子，或将大面积刻蚀成纳米图形等。2.由下到上，即由小到大，将原子，分子按需要生长成纳米颗粒，纳米丝，纳米膜或纳米粒子复合物 3. 气相法、液相法、固相法等。第四、介绍磁性纳米材来噢的现状和发展前景。最后，将全文主题扼要总结，并且找出研究的优缺点和差距，提出自己的见解。 二、主题 1、纳米磁性材料的发展史 磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料，磁性是物质的基本属性之一。人们对物质磁性的认识源远流长，早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁矿Fe3O4),，据传说，那是黄帝大战蚩尤于涿鹿，迷雾漫天，伸手不见五指，黄帝利用磁石指南的特性，制备了能指示方向的原始型的指南器，遂大获全胜．古代取其名为慈石，所谓“慈石吸铁，母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用。人们对物质磁性的研究具有悠久的历史,是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788年,库仑(Coulomb)把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上。1820年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流的磁效应;同年法国物理学家安培(Ampere)提出了分子电流假说,认为物质磁性起源于分子电流。
功能高分子材料研究进展 摘要 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 关键词:高分子材料；功能高分子；功能材料； Abstract Functional polymer materials is an important branch of polymer science, it is the study of various functional polymer molecular design and synthesis of relationship between structure and properties and application technology as a new material. its importance is that contains every kind of polymer has special function it light functional polymer materials mainly include chemical functional polymer materials electric magnetic functional polymer materials acoustic functional polymer materials, polymer liquid crystal sections medical polymer materials, the research of this field mainly includes the study of the function of the molecular structure and formation of various sorts of special relationship, which is from the macro and go deep into the micro, and from the quantitative and semi-quantitative into from the chemical composition and structure principle to explain the special function of regularity, to explore and this paper mainly discusses the synthesis of new functional materials. Keywords：high polymer materials; functional polymer; functional Materials;
有机磁性材料研究综述 摘要:有机磁性材料是最近二十多年发展起来的新型的功能材料,因为其结构的多样性,可用化学方法合成,相比传统磁性材料具有比重低、可塑性强等等优点，因此在新型功能材料方面有着广阔的应用前景。本文综述了高分子有机磁性化合物的发展和研究近况，及其有机高分子磁性材料的分类及其应用前景。 关键词：有机磁性材料结构型复合型 Review on the research of organic magnetic material Abstract: organic magnetic material is a new functional material in recent twenty years, because of the diversity of its structure, synthetized by chemical method , compared with the traditional magnetic materials with a low specific gravity, high plasticity, and so on, so it has a broad application prospect in the new functional materials.This paper reviews the development and research status of high polymer organic magnetic materials’compounds, classification and its application prospect. Key word: organic magnetic material intrinsic complex
磁性材料 引言 磁性材料作为重要的基础功能材料，已广泛用于信息、能源、交通运输、工业、农业及人们日常生活的各个领域，对社会进步和经济发展起着至关重要的推动作用。人们习惯按矫顽力的高低，对磁性材料进行分类：矫顽力大于1000A／m则称为硬磁材料，当硬磁材料受到外磁场磁化后，去掉外磁场仍能保留较高的剩磁，因此又称之为永磁材料或恒磁材料；矫顽力小于lOOA／m则称为软磁材料；矫顽力100A／m 第22卷第4期高分子材料科学与工程Vol.22,No.4 2006年7月POLYMER MAT ERIALS SCIENCE AND ENGINEERING Jul.2006表面含羧基磁性高分子复合微球的制备 赵吉丽1,韩兆让1,王 莉1,刘春丽1,余 娜1,张群利2 (1.吉林大学化学学院,吉林长春130023;2.东北林业大学包装工程系,黑龙江哈尔滨150040) 摘要:用化学共沉淀法制备了F e3O4纳米微粒,并对F e3O4微球表面进行改性,以磁性Fe3O4为核,通过苯乙烯和丙烯酸的乳液共聚,制备了粒径均匀、以苯乙烯和丙烯酸共聚物为壳、表面含有一定羧基的磁性高分子纳米复合微球。测定了此微球的形态、结构和粒径,探讨了聚合单体、乳化剂等因素对微球合成的影响。 关键词:纳米Fe3O4;乳液聚合;核壳粒子;磁性高分子复合微球 中图分类号:T Q316.33+4 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2006)04-0204-04 近几十年来,性质特殊的磁性高分子复合微球备受关注[1]。它是一种高分子生物材料,既保留了高分子的特性,又具有超顺磁性,因此可方便地利用磁场进行定位。当微球经过共聚或表面改性后,其表面可引入不同的功能基团(如-COOH、-NH2、-OH、-SO3H、-CH3Cl 等),从而使材料获得了新的性能,例如,可在室温下形成Schiff碱共价结合蛋白质、酶和细胞等生物活性物质,还可用于磁场分离,因而在细胞分离核酸分离、免疫检测以及靶向药物等生物化学和生物医学方面有着广泛的应用前景。 目前,人们已采用分散聚合[2]、悬浮聚合、乳液聚合、微乳液聚合[3]、双乳液聚合[4]、反相乳液聚合[5]等方法对磁性高分子微球的制备进行了广泛的研究。本文利用改进的乳液聚合法制备了磁性高分子微球,并对其制备过程的影响因素进行了考察。 1 实验部分 1.1 材料 FeCl2 4H2O:分析纯;FeCl3 6H2O:分析纯;无水Na2CO3:分析纯;十二烷基苯磺酸钠(SDBS):化学纯;油酸:化学纯;苯乙烯(St):分析纯;丙烯酸(AA):化学纯,单体经减压蒸馏除去阻聚剂;偶氮二异丁腈(AIBN):分析纯,重结晶后使用;二乙烯苯(DVB):分析纯;经碱洗除去阻聚剂;氨水(质量分数为25%～28%):分析纯;蒸馏水。 1.2 磁性高分子微球的合成 1.2.1 油酸改性的磁性Fe3O4的制备[3,6,7]:在500mL三口瓶中,加入27g FeCl3 6H2O和12 g FeCl2 4H2O,用100mL蒸馏水溶解,激烈搅拌下,快速加入80mL质量分数为25%～28%的浓氨水,反应10m in,然后加入11mL油酸,加热到70℃反应30min,继续加热到110℃,以除去水蒸汽和未反应的氨水,静置,冷却至室温,多次用蒸馏水(每次用150mL)洗涤,干燥,保存。 1.2.2 羧基磁性高分子微球的制备:将0.5g 上述制备的磁性纳米粒子(M P)、0.5m LDVB、0.1g无水Na2CO3和0.4g SDBS依次加入体积为60mL的蒸馏水中,在N2气氛下移入250 m L三颈圆底烧瓶中,充分搅拌乳化30min,升温至70℃,加入0.04g AIBN,保持N2气氛,加热到75℃时,滴加含有0.06g AIBN和体积比为10∶1的St与AA的混合液11mL,以300r/min的速度搅拌,反应10h。所得乳液呈棕色。 收稿日期:2005-06-20;修订日期:2005-09-08 联系人:韩兆让,主要从事高分子纳米材料与仿生材料研究,E-mail:hanz r@https://www.doczj.com/doc/5f17740874.html, 磁性材料的研究现状与应用 磁性材料是功能材料的重要分支，利用磁性材料制成的磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能，广泛地应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域,尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。 磁性材料大体上分为两类：其一为铁磁有序的金属磁性材料；其二绝大多数为亚铁磁有序、具有半导体导电性质的非金属磁性材料。磁性材料的发展过程大致可分为三个阶段：50年代以前主要研究金属磁性材料；50到80年代为铁氧体的黄金时代，除电力工业外，各领域中铁氧体占绝对优势；90年代以来，纳米磁性材料崛起。磁性材料由3d过渡族金属与合金的研究扩展到3d-(4f,4d,5d,5f)合金与化合物的研究与应用。同时，磁性功能材料也得到了显著的进展。 一、磁性的描述 磁及磁现象的根源是电流，或者说磁及磁现象的微观机制是电荷的运动形成原子磁矩造成的，而且，所有的物质都是磁性体，只是由于构成物质的原子结构不同，而显示出的磁学性能不同。有铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性、抗磁性以及无磁性等。描述材料的磁性的物理量有磁化强度M、磁化率χ、磁感应强度B、磁导率μ。 根据物质磁化率的符号和大小，可以把物质的磁性大致分为五类：抗磁体、顺磁体、铁磁体、亚铁磁体和反铁磁体。影响材料性质的有磁化强度随温度的变化。即在不同温度下，磁化强度不同的性质。铁磁材料的自发磁化在居里温度Tc处发生相变，Tc以下为铁磁性，而Tc以上铁磁性消失。同样亚铁磁性材料也具有类似的特性。另外一个必须注意的因素便是磁各向异性，即磁学特性随材料的晶体学方向不同而不同的性质，典型特征便是在不同方向施加磁场会测得不同的磁滞回线。 磁性材料的基本特征可以分为两大类： (1)完全由物质本身(成分组分比)决定的特性。主要有饱和磁化强度Ms和磁感应强度Bs; (2)由物质决定,但随其晶体组织结构变化的特性。主要有磁导率、矫顽力Hc和矩形比Br/Bs，以及磁各向异性。 由此，利用和开发磁性材料就需要有分析技术和加工工艺两个方面的进展。从历史上而言，按材料加工技术进展区分，大体可有以下几个阶段： (1)熔炼铸造技术，获得铁及其合金等软磁和永磁材料。 (2)粉末冶金，开发绝缘性磁性材料、陶瓷材料和稀土永磁材料。 (3)真空镀膜，开发了镀膜磁性材料及非晶磁性材料，制成磁纪录介质及微磁学器件。 (4)单原子层控制技术，制备了定向晶体学取向型、巨磁电阻多层膜、人工超晶格等有特殊用途的磁性材料。 而磁性材料的开发和利用，也就是采取以上这几种技术工艺方法来加强所需要的性能，抑制不利于所需性能的因素。 二、软磁材料和永磁材料 软磁材料，也是高磁导率材料，是应用中占比例最大的传统磁性材料，多用于磁芯。是指由较低的外部磁场强度就可获得很大的磁化强度及高密度磁通量的材料，对这种材料的基本要求是： (1)初始磁导率μi和最大磁导率μm要高，以提高功能效率； (2)剩余磁通密度Br要低，饱和磁感应强度Ms要高,以节省资源并迅速响应外磁场； (3)矫顽力Hc要小，以提高高频性能； (4)铁损要低以提高功能效率； 生物功能材料的研究进展 随着人民生活水平的提高，人们对于医疗保健方面的要求也越来越强，使得对于生物医用材料的要求也越苛刻。本文详细阐述了生物医用功能高分子材料近年来的应用研究及发展状况，综述了国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望了未来的生物医用高分子材料的发展趋势。 生物功能材料和加工技术的发展, 使得人工合成材料在医学上的应用, 变得越来越广泛。数十年的医学发展和临床应用, 证明医用高分子材料在人体内外, 获得了成功的应用, 而医学的进步, 又给高分子材料提出了大量新的课题, 使其向“精细化”, “功能化”的方向发展, 赋予了高分子材料以新的生命力。 生物医用高分子材料分合成和天然两大类，下面我们就分别对这两种材料进行详细的论述。 ﹙1﹚天然生物材料 天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性高分子，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，从海藻植物中提取的海藻酸盐，从桑蚕体内分泌的蚕丝经再生制得的丝素纤维与丝素膜，以及由牛屈肌腱重新组构而成的骨胶原纤维等。这些纤维由于他们来自生物体内且都具有很高的生物功能和很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈方面具有强大的优势，已引起国内外医务界广泛的关注。自然界广泛存在的天然生物材料仍有着人工材料无可比拟的优越性能。例如：迄今为止再高明的材料学家也做不出具有高强度和高韧性的动物牙釉质，海洋生物能长出色彩斑斓、坚阊义不被海水腐蚀的贝壳等等。甲壳素又称几丁质（chitin），广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。它是一种惰性多糖，用浓碱脱去乙酰基可转变成聚壳糖（chintosan）。甲壳素、聚壳糖及其衍生物具有良好的生物相容性和生物降解性。降解产物带有一定正电荷，能从血液中分离出血小板因子，增加血清中H-6水平，促进血小板聚集或凝血素系统，作为止血剂有促进伤口愈合，抑制伤口愈合中纤维增生，并促进组织生长的功能，对烧、烫伤有独特疗效。比如家蚕丝脱胶后可得到纯丝素蛋白成分，丝素蛋白是一种优质的生物医学材料，具有无毒、无刺激性、良好的血液相容性和组织相容性。根据研究报道，由于天然高分子医用材料的独特临床效果，它的应用前景相当广阔。﹙2﹚合成生物材料 由于天然材料的有限，人们需要大量的生物材料来维持他们的健康。合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官。因此，在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比，合成高分子材料具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性，从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生物合成高分子材料。目前，使用于人体植入产品的高分子合成材料包括聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶和硅凝胶等。应用场合涉及组织粘合、手术缝线、眼科材料(人工玻璃体、人工角膜和人工晶状体等)、软组织植入物(人工心脏、人工肾、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。 合成医用高分子材料发展的第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅 高分子有机磁性材料 1 引言 磁性材料是一簇新兴的基础功能材料。虽然早在3000多年前我国就已发现磁石相互吸引和磁石吸铁的现象, 并在世界上最先发明用磁石作为指示方向和校正时间的应用, 在《韩非子》和东汉王充著的《论衡》两书中所提到的“司南”就是指此, 但毕竟只是单一地应用了天然的磁性材料。人类注意于磁性材料的性能特点、制造、应用等的研究、开发的发展历史尚不到100年时间。经过近百年的发展, 磁性材料已经形成了一个庞大的家族,按材料的磁特性来划分, 有软磁、永磁、旋磁、记忆磁、压磁等; 按材料构成来划分, 有合金磁性材料, 铁氧体磁性材料, 分类情况如下: 上述材料尽管种类繁多, 庞杂交叉, 但都属于无机物质的磁性材料或以无机物质为主的混合物质磁性材料。 近年来, 由于一种全新的磁性材料的面世, 使磁性材料家族喜添新成员, 这就是高分子有机磁性材料,其独特之处在于它属于纯有机物质的磁性材料。过去 一般认为, 有机高分子化合物是难于具有磁性的, 因此本身具有磁性的有机高分子化合物的出现, 就是高分子材料研究领域的一个重大突破。有机高分子磁性材料的发现被国内外专家认为是80年代末科学技术领域最重要的成果之一, 它的发现在理论和应用上可与固体超导和有机超导相提并论。有可能在磁性材料领域产生一系列新技术。 2高分子有机磁性材料的主要性能特点 由于高分子有机磁性材料既属于高分子有机材料, 又属于磁性材料, 对这类材料的研究属于交叉科学,人们对这类新型材料的研究和认识尚处于起步阶段,因此尽管专家们已对其进行了多方面的测量、试验和分析、研究, 但对其特性的认识仍很不系统、很不准确、很不全面。从现已了解到的一些测试数据和分析情况可以初步看出其主要的性能特点: (1) 该材料是采用与过去所有磁性材料的制备方法完全不同的高分子化工工艺制成的高分子有机物质,是高分子有机物再加上二茂铁的络合物, 分子量高达数千。该类材料和元件制备的主要工艺流程如图1。 有机物的主要构成元素是碳、氢、氮,结构和化学性能十分稳定。将磁粉加工 关于磁性材料的发展研究综述 关键词：磁性材料、钕铁硼永磁材料、纳米磁性材料、磁电共存、应用及前景 摘要：磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。人们对钕铁硼永磁材料的研究和优化，是磁性材料进一步发展，并逐渐深入到纳米磁性材料的研发和研究…… 关于磁性材料的研究发展综述 一、磁性材料简介 实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可分为五类：顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，亚磁性物质，反磁性物质。根据分子电流假说，物质在磁场中应该表现出大体相似的特性，但在此告诉我们物质在外磁场中的特性差别很大．这反映了分子电流假说的局限性。实际上，各种物质的微观结构是有差异的，这种物质结构的差异性是物质磁性差异的原因。我们把顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质，把铁磁性物质称为强磁性物质。通常所说的磁性材料是指强磁性物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。 二、磁性材料分类 磁性是物质的一种基本属性。实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料按性质分为金 属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧体材料。按使用又分为软磁材料、硬磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。 1、软磁材料软磁材料亦称高磁导率材料、磁芯材料，对磁场反应敏感，易于 磁化。大体上可分为四类：①合金薄带或薄片：FeNi(Mo)、FeSi、FeAl等。 ②非晶态合金薄带：Fe基、Co基、FeNi基或FeNiCo基等配以适当的Si、 B、P和其他掺杂元素,又称磁性玻璃。。磁介质（铁粉芯）:FeNi(Mo)、FeSiAl、 羰基铁和铁氧体等粉料，经电绝缘介质包覆和粘合后按要求压制成形。④铁氧体：包括尖晶石型──M O·Fe2O3 (M代表NiZn、MnZn、MgZn、Li1/2Fe1/2Zn、CaZn等),磁铅石型──Ba3Me2Fe24O41(Me代表Co、Ni、Mg、Zn、Cu及其复合组分)。 2、硬磁材料硬磁材料，又称永磁材料，不易被磁化，一旦磁化，则磁性不易消 失。目前使用的永磁材料答题分为四类：①阿尔尼科磁铁：其构成元素Al、Ni、Co（其余为Fe），是强磁性相α1在非磁性相α2中以微晶析出而呈现高矫顽力的材料，对其进行适当处理，可增大磁积能。②铁氧体永磁材料：以Fe2O3为主要成分的复合氧化物，并加入钡的碳酸盐。③稀土类钴系磁铁：含有稀土金属的钴系合金，具有非常强的单轴磁性各向异性。④钕铁硼系稀土永磁合金：该合金采用粉末冶金方法制造，是由④Nd2Fe14B、 Nd2Fe7B6和富Nd相（Nd-Fe，Nd-Fe-O）三相构成，其磁积能是目前永磁材料中的最高纪录。 三、磁性材料的应用 由于磁体具有磁性，所以在功能材料中备受重视。磁体能够进行电能转换（变压器）、机械能转换（磁铁、磁致伸缩振子）和信息储存（磁带）等。 磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁 磁性高分子材料的分类 磁性高分子材料通常可分为复合型和结构型两种。前者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、层积复合等方式加工制得的磁性体，如磁性橡胶、磁性树脂、磁性薄膜、磁性高分子微球等；后者是指不用加入无机磁性物，高分子结构自身具有强磁性的材料，由于比重小、电阻率高，其强磁性来源与传统无机磁性材料很不相同,因此具有重要的理论意义和应用前景。 1、复合型磁性高分子材料 复合型磁性高分子材料主要是指在塑料或橡胶中添加磁粉和其他助剂，均匀混合后加工而成的一种复合型材料。复合型高分子磁性材料分为树脂基铁氧体类高分子共混磁性材料和树脂基稀土填充类高分子共混磁性材料两类，简称为铁氧体类高分子磁性材料和稀土类高分子磁性材料，目前以铁氧体类高分子磁性材料为主。 （1）铁氧体类高分子磁性材料 铁氧体类高分子磁性材料具有质轻、柔韧、成型后收缩小、制品设计灵活等特点，可制成薄壁或复杂形状的制品。但是其磁性不仅比烧结磁铁的差,也比稀土类磁性塑料的差。如果大量填充磁粉，制品的加工性和强度都会下降。所以铁氧体类高分子磁性材料主要用于家电和日用品。 （2）稀土类高分子磁性材料 填充稀土类磁粉制作的高分子磁性材料属于稀土高分子磁性材料。它与烧结型稀土类磁铁相比，虽然在磁性和耐热性方面较差，但 其成型性和力学性能优良，组装和使用方便，废品率低。稀土类高分子磁性材料的磁性虽不如稀土类烧结磁铁，但优于铁氧体类烧结磁铁，其力学强度、耐热性能和磁性能均优于铁氧体类高分子磁性材料。稀土类高分子磁性材料的加工性能较出色，可以满足电子工业对电子电气元件小型化、轻量化、高精密化和低成本的要求，可应用于小型精密电机、通讯设备传感器、继电器、仪器仪表、音响设备等多种领域，将成为今后高分子磁性材料发展的方向。 （3）复合型磁性高分子材料的粘结剂 目前磁性塑料的粘结剂主要是橡胶、热固性树脂和热塑性树脂。橡胶类粘结剂包括天然橡胶和合成橡胶，主要用于柔性复合磁体制造；热固性粘结剂一般用环氧树脂和酚醛树脂；热塑性粘结剂主要为聚酰胺(PA)、聚丙烯和聚乙烯等,其中PA类最常见，目前最常用的PA基体是尼龙6、尼龙66和尼龙12等。 （4）影响复合型磁性高分子材料性能的影响因素 影响复合型高分子材料磁性能的主要是磁粉的用量和粒径。磁性高分子材料的磁性能基本上不受高分子种类的影响，而主要取决于磁粉的性质和用量；磁粉的粒径对磁性高分子材料的磁性能有较大的影响，一般如果磁粉粒径较大，粒度分布不均匀，则其在复合材料中的分散不均匀，导致内退磁现象增强，还会造成应力集中，降低物理机械性能。磁粉粒径较小时，磁粉在高分子材料中分散均匀，且退磁能力也越小。当粒径足够小时，各颗粒成为单畴，这样当磁粉的粒径接近磁畴的临界晶粒直径时，磁性材料的矫顽力会大大增加。因此从理 磁光材料的研究现状 1.综述 磁光材料是具有磁光效应的材料，磁光效应包括法拉第效应、磁光克尔效应、塞曼效应和磁致线双折射效应（科顿-穆顿效应和瓦格特效应）等。磁光材料需要同时具备一定的光学特性和磁学特性。 1.1法拉第效应 法拉第效应指偏振光通过磁场下的介质后，偏振面因磁场作用而发生偏转。 其中是沿着光线传播方向看去偏振面的旋转角，叫做法拉第转角；V是Verdet 常数，与材料性质有关；B是磁感应强度在光线传播方向上的投影；d是光在介质中传播的距离。当磁感应强度投影B与光线传播方向同向时，偏振面右旋，<0；反之，偏振面左旋，>0。 与普通旋光效应不同的是，光线通过介质后再反射，原路返回再次通过介质，偏振面会在原来的基础上再旋转角，而不是恢复原状。这为利用法拉第效应的磁致旋光材料提供了一种新的应用空间，如磁光调制器、磁光隔离器等。 目前，对法拉第效应磁光材料的研究相对透彻，应用也相对广泛。以钇铁石榴石（，简称YIG）为代表的稀土铁石榴石（）材料是常见的法拉第效应磁光材料[1]。 1.2磁光克尔效应 磁光克尔效应指线偏振光在磁化的介质表面反射后，在磁场作用下偏振面发生偏转，偏转角度称为磁光克尔转角。根据磁场强度方向的不同，磁光克尔效应分为三种：极向克尔效应：磁场方向垂直于介质表面，通常，随入射角的减小而增大； 横向克尔效应：磁场方向平行与介质表面且垂直于入射面，光线的偏振方向不会发生变化，p偏振光入射时会发生微小的反射率变化； 纵向克尔效应：磁场方向平行与介质表面且平行于入射面，随入射角的减小而减小，纵向克尔效应的强度比极向克尔效应小几个数量级，不易观察。 1 / 8 应用最广的是极向克尔效应，可用来进行磁光存储和观察磁体表面或磁性薄膜的磁畴分布。 1.3塞曼效应 塞曼效应指光源位于强磁场中时，分析其发光的谱线，发现原来的一条谱线分裂成三条或更多条。原子位于强磁场中时，破坏自旋-轨道耦合，一个能级分裂成多个能级，而且新能级间有一定的间隔，能级的分裂导致了谱线的分裂。能级分裂的方式与角量子数J和朗德因子g有关。 塞曼效应证明了原子具有磁矩，而且磁矩的空间取向量子化。塞曼效应可应用于测定角量子数和朗德因子，还可分析物质的元素组成。 1.4磁致线双折射效应 磁致线双折射效应指透明介质处于磁场中时，表现出单轴晶体的性质，光线入射能产生两条折射线。在铁磁和亚铁磁体中的磁致线双折射效应称作科顿-穆顿效应，反铁磁体中的磁致线双折射效应称作瓦格特效应[2]. 磁致线双折射效应可用于测量物质能级结构，研究单原子层磁性的微弱变化等2.研究现状 本章将介绍多种磁光材料的前沿应用和理论研究，并结合本人所学知识给出相应的评价和启发。个人评价用加粗字体给出。 2.1利用法拉第效应进行焊接检测[3] 根据法拉第效应，偏振光通过磁场中的介质后，偏振面转过一定角度，通过偏振角一定的偏振片后，就会表现为不同的亮度。工作时，将光源、起偏器、反射镜、直流电磁铁、光反射面、磁光薄膜、检偏器、CMOS成像装置和焊件按图1组装。 2 / 8 第27卷第4期2012年8月 大学化学 UNIVERSITY CHEMISTRY Vol.27No.4 Aug.2012 分子磁性材料及其研究进展* 袁梅 王新益 张闻 高松** (北京大学化学与分子工程学院 北京100871) 摘要 对分子磁性材料的一些基本概念和磁学现象作了简单介绍,主要包括磁耦合二磁有序二磁弛豫和自旋交叉等几个方面三重点综述了单分子磁体二单链磁体二自旋交叉化合物二多功能复合磁体以及磁性分子组装领域的研究进展三 关键词 分子磁性 单分子磁体 单链磁体 自旋交叉 多功能复合磁体 分子磁性材料是一类通过化学方法将自由基或顺磁离子(包括过渡金属离子和稀土金属离子)及抗磁配体以自发组装和控制组装的方式组合而形成的磁性化合物三由于较传统磁体有着密度小二透明度高二溶解性好二易于加工二可控性好等优点,并有望在航天材料二微波材料二信息记录材料二光磁及电磁材料等领域得到应用,所以近年来对分子磁性的研究已经成为化学二物理学以及材料科学等多个领域研究的热点之一[1]三 分子磁性是指由材料中具有未成对电子的顺磁中心在配位化学环境中通过孤立或者协同作用表现出来的行为三通过研究孤立顺磁离子在配体场中的自旋状态,人们可以实现高低自旋态之间的转变,并通过温度二压力二光照等外场实现可控调节[2];通过研究自旋之间的协同行为,人们可以对磁耦合作用二磁有序温度等进行调节,从而得到各种具有不同体相磁性质的材料三除了常见的抗磁二顺磁二铁磁二亚铁磁和反铁磁性外,在分子磁性材料中还发现了很多新颖和复杂的磁现象,如单分子磁体二单链磁体二自旋交叉等磁性双稳态,spin?flop转变,变磁性和弱铁磁性等三化学家希望在分子化合物中实现和观察到这些新的磁现象,给物理学家提供新的研究模型,进而探讨它们的物理机制三本文将对这些分子磁性材料的基本概念和各种磁现象作简单介绍,并对目前的若干研究热点如单分子磁体二单链磁体以及自旋交叉配合物等作重点介绍[3?5]三 1 磁耦合[6?10] 要得到具有协同磁作用的磁性材料,体系中就必须存在磁耦合三在量子理论中,耦合也称为交换(exchange),最重要的几种交换作用包括直接交换二间接交换二各向异性交换以及偶极?偶极交换等三1.1 直接交换 直接交换(direct exchange)作用起源于相邻原子轨道的重叠,仅涉及相邻原子局域的电子自旋,即原子间没有其他原子来隔开传递交换的通路三这种作用主要存在于金属和合金中,而在金属配合物中则可以被忽略三 * **基金资助:国家自然科学基金项目;科技部项目通讯联系人,E?mail:gaosong@https://www.doczj.com/doc/5f17740874.html,表面含羧基磁性高分子复合微球的制备
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