分子磁性

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一、简介历史上记载的人类对磁性材料的最早应用是中国人利用磁石能够指示南北方向的特性,将天然磁石制成的司南,这一发明对航海业的发展有着重要的推动作用。

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。

NO的分子磁矩
在低温下，液态的一氧化氮是顺磁性的，而固态的一氧化氮确实逆磁性的。

这主要是一氧化氮分子中有一个单电子。

一氧化氮的磁性就是由温度和单电子两点共同决定的。

一氧化氮的偶极矩非常小。

从分子轨道理论出发，一氧化氮的电子构型和氮气一样其键级为2.5，即介于2和3之间。

一氧化氮的负离子（NO）正离子分别和氧气，氮气为等电子体。

二氧化氮的化学性质一氧化氮的制取在实验室制取少量的NO，通常采用还原稀硝酸，硝酸盐，或亚硝酸盐来得到。

一氧化氮（NO）有顺磁性，它的分子中含有没有完全抵消的电子磁矩,因而具有分子磁矩，常温气态的一氧华氮是顺磁性的，在低温下，液态的一氧化氮是顺磁性的,而固态是逆磁性的，一氧化氮的磁性是由单电子和温度共同决定的。

第42卷 第5期Vol.42 No.5昭通学院学报Journal of Zhaotong University 2020年10月Oct.2020●化学研究分子基磁性功能材料研究进展（昭通学院 化学化工学院，云南 昭通 657000）摘　要：分子基磁性功能材料不仅具有丰富多彩的结构，而且还具有单链磁体、单分子磁体、单离子磁体和磁致冷等特性，引起研究者的广泛关注，成为当前的研究热点。

综述了近年来分子基磁性功能材料在单链磁体、单分子磁体、单离子磁体和磁致冷等领域的应用研究进展。

并对分子基磁性功能材料的应用前景进行了总结和展望。

关键词：单链磁体；单分子磁体；单离子磁体；磁致冷中图分类号：TM271 文献标志码：A 文章编号：2095-7408（2020）05-0011-06李启彭收稿日期：2020-07-21作者简介：李启彭（1987— ），男，云南会泽人，副教授，博士，主要从事配位聚（簇）合物材料的制备及其应用研究。

分子基磁性材料作为一种新型功能材料，涉及化学、物理和材料等交叉学科领域[1-3]。

通过在分子水平上设计和制备分子基磁性材料，可以赋予其丰富多彩的结构和有趣的光、电、磁和催化等性质[3-5]。

分子基磁性材料在高密度信息存储、超低温磁制冷以及量子计算等领域具有潜在的应用前景[6-9]。

分子基磁性材料的研究主要集中在设计和制备单分子磁体、单链磁体、单离子磁体和磁致冷等方面[6-9]。

本文详细地综述了近年来分子基磁性功能材料在单链磁体、单分子磁体、单离子磁体和磁致冷等领域的应用研究进展，并对分子基磁性功能材料的应用前景进行了总结和展望。

1 单链磁体1963年，Glauber 等[10]采用统计学的方法，研究了单轴各向异性的伊辛模型，并预言一维的伊辛模型，在低温下会出现慢弛豫现象，弛豫时间满足阿伦尼乌斯公式。

2001年，Gatteschi 等[10-11]制备了一维链状钴基化合物，实验上对Glauber 提出的理论进行了论证。

关于磁性的原理磁性是物质的一种性质，即具有吸引铁和磁物质的能力。

磁性的原理可以从原子和分子层面以及电磁学角度来解释。

从原子和分子层面来看，磁性是由物质中存在的磁性原子或分子引起的。

对于每个原子或分子而言，其内部存在着电子，而电子带有自旋和轨道角动量，且带电运动的电子会产生磁矩。

当原子或分子内的所有电子的磁矩方向相互平衡时，物质不具有磁性；而当电子的磁矩相互作用并趋于平行时，物质会表现出磁性。

具体来说，磁性可以来源于两种不同的机制：顺磁和铁磁。

顺磁是指物质中的原子或分子具有未配对的电子，这些电子的磁矩在外加磁场作用下趋于平行，并使整个物质表现出磁性。

常见的顺磁物质有空气、铝和铜等。

铁磁是指物质中的原子或分子具有自旋离子、金属离子或配位离子，这些离子的自旋强烈地相互作用，使整个物质表现出强烈的磁性。

铁磁物质有钴、铁、镍等。

从电磁学角度来看，磁性可以解释为电流在运动中所产生的磁场以及磁场对电流的作用。

在电流通过导线时，围绕导线会形成一个环绕状的磁场。

这个磁场的方向可以由右手定则来确定：将右手竖直地握住导线，使得四指的方向与电流方向相同，则大拇指所指的方向即为磁场的方向。

在磁性物质中，原子或分子的磁矩受到在其周围形成的磁场的影响。

当一个磁场作用于磁性物质时，原子或分子的磁矩会趋于调整方向以与外加磁场相匹配。

这种调整磁矩方向的过程是通过物质中的电子自旋或轨道角动量与外加磁场相互作用来实现的。

当所有的磁矩趋于平行时，磁性物质就会呈现出显著的磁性。

另外，磁性还可以通过电磁感应的原理来解释。

根据法拉第电磁感应定律，当一个导体中的电流发生变化时，会产生一个与之相对应的变化磁场。

而根据安培定律，一个变化磁场会诱导出周围的导体中电流的变化。

因此，当一个导体中电流发生变化时，会在周围形成一个磁场，并诱导出其他物质中的电流变化。

这种电磁感应的过程也可以解释一些磁性现象，例如磁铁可以吸引铁或磁物体。

总结起来，磁性的原理可以从原子和分子层面解释为在物质中存在的磁性原子或分子的相互作用；也可以从电磁学角度解释为电流所产生的磁场以及磁场对电流的作用。

功能化高分子磁性微球的机理及制备林青材科091班摘要磁性高分子微球是最近发展起来的一种新型功能高分子材料。

它具磁性粒子和高分子粒子的特性,在外加磁场的作用下既可方便地从介质中分离, 又因其表面积大、表面特性多样的优点可通过对其表面进行改性从而赋予其表面多种功能基，进而结合各种功能物质，在各个领域得到广泛应用。

本文就功能化磁性微球的作用机理及制备做了简要综述关键词磁性微球纳米颗粒功能化0 前言磁性高分子微球是指通过适当的方法使有机高分子与无机磁性物质结合起来形成的具有一定磁性及特殊结构的微球。

具有生物活性的高分子生物材料是高分子科学与生命科学之间相互渗透而产生的一个重要的边缘领域, 是近50 年以来高分子科学发展的一个重要特征。

功能化的高分子磁性微球一方面因其具有能够与生物活性物质反应的特殊功能团, 可以作为生物活性物质的载体, 另一方面又因其具有超顺磁性, 在外加磁场的作用下能快速、简单的分离, 使其在生物工程、生物医学( 靶向药物等) 、细胞学( 细胞分离、细胞标识) 等领域的研究日益增多, 具有较好的应用前景。

1 功能化磁性微球与生物大分子的作用机理包埋着磁性粒子的高分子材料具有多种有反应活性的功能基团, 如羧基( -COOH ) 、羟基( -0H) 、氨基( -NH 2 ) 等, 他们都能够与生物高分子(如氨基酸、蛋白质、催化酶等) 中的活性基团进行共价结合, 从而实现磁性微球作为生物载体的功能。

同时通过磁性微球的功能基团也可在颗粒表面偶联特异性的靶向分子(如特异性配体、单克隆抗体等), 靶向分子和细胞表面的特异性受体结合, 在细胞摄粒作用下进入细胞内, 可实现安全有效地用作靶向性药物、基因治疗、细胞表面标记、同位素标记等。

瑞典皇家理工学院的Mikhaylova 等曾运用表面含有的-NH2的磁性微球来运载BSA( 牛血清蛋白) ,他们先将-NH2修饰到磁性纳米颗粒的表面, 然后再将BSA 中的羧基进行活化, 羧基和氨基形成肽键, 从而实现磁性微球运载BSA 。

1.单分子磁体的磁性来源于分子本身, 每一个分子相当于一个孤立的“磁畴”.未磁化时,单分子磁体具有分子磁化强度相反取向的双稳态, 两者布居数相当, 磁化强度的矢量和为零; 当施加一个磁场时双稳态的平衡被打破, 与磁场平行的能态具有更低的能量和更多的布居数, 磁化强度的矢量和不为零; 去磁时,在分子磁化强度矢量重新取向时产生一个能量壁垒, 当温度降低甚至低于翻转的能垒时, 翻转速率会减慢, 产生磁化强度的慢磁弛豫行为。

翻转能垒的高度决定了单分子磁体的阻塞温度. 对于阻塞温度, 通常认为是在该温度下表现出磁体的行为, 但是严格来说有 3 种定义[9]: (1)交流磁化率的虚部在特定的频率出现峰值的温度;(2)样品能观察到磁滞回。

出现峰值的温度. 这三种方法确定的阻塞温度可能会相差很多, 文献最常报道的阻塞温度则是指观察到磁滞回线的温度, 另外文献中也常把弛豫时间达到100 s 时的温度定义为阻塞温度. 在本文中, 阻塞温度指的是观察到磁滞回线的温度.稀土单分子磁体是一类特殊的单分子磁体. 与过渡金属相比, 稀土离子的f 电子由于其未淬灭的较大的轨道角动量而具有相对较大的磁矩和磁各向异性. 另一方面, 由于稀土离子的 f 电子受外层s, d 层电子的屏蔽因而磁相互作用较弱, 因此在许多簇合物以及聚合物的体系中, 稀土离子依然表现出单离子的性质, 体系的总角动量也仅仅是每个角动量的加和, 而忽略彼此之间的耦合. 尽管稀土离子间的磁相互作用很弱, 但是对它的弛豫机制仍然会产生明显的贡献, 依然是研究的重点.稀土单分子磁体的特点和研究方向可以分为 4 个方面: 首先, 通过设计稀土离子的晶体场和磁相互作用来构筑具有高能垒高阻塞温度的单分子磁体; 其次, 稀土单分子磁体常常表现出复杂的多弛豫现象, 对它们的弛豫机理至今还没有合理统一的解释, 因此许多课题组都在研究它们的磁动力学行为, 揭示它们的弛豫机理; 再次, 基于稀土单分子磁体的磁动力学行为对它的结构非常敏感, 微小的结构变化包括溶剂分子的释放、物理状态的改变等都会对它的磁性产生影响, 因此可以通过修饰端基配体、掺杂, 以及外界光、电、热的刺激来对它的磁行为进行调控;最后, 结合稀土自身的荧光特性以及配体的光学活性, 以及聚合物三维骨架的气体吸附、离子交换的性质而设计新颖的多功能材料.2.单分子磁体可以看成是分子基铁磁体和纳米磁性材料的交叉点。

分子磁性的应用
当今，分子磁性的研究已经是重要的热点。

它已经从实验室延伸到多个研究领域，逐渐影响着我们的日常生活。

分子磁性是指基本单元（尤其是原子）的磁性参量，它和结构和性能之间有着密切的联系。

这里，我们将讨论分子磁性的应用，并且从几个具体的方面来探讨它的重要性以及未来的前景。

首先，分子磁性可以用于研究微细的生物特征。

研究人员可以利用分子磁性特性来研究受到损伤或致病的细胞，这对于病理学研究是非常重要的。

此外，分子磁性也可以用来研究遗传性问题，帮助人们了解基因在影响人类行为和引发遗传性疾病中扮演的角色。

其次，分子磁性可以用于制备新型材料。

例如，研究人员可以利用分子磁性来开发新型复合材料，这些材料可以有效地吸收和释放能量。

此外，分子磁性也可以用于制备耐磁的材料，以抵抗外界磁场的影响。

此外，分子磁性还可以用于研究健康问题。

研究发现，分子磁性可以帮助筛选出具有良好药效和安全性的药物，以更快、更准确的方式，从而有效地控制疾病。

此外，分子磁性也可以用于检测潜在的疾病，以早期发现疾病而采取合适的治疗措施。

最后，分子磁性在其他领域也有广泛的应用。

例如，它可以用于研究气体的结构，对于研究和控制气体的物理性质特别有用。

另外，分子磁性也可以用于研究结构有序性，如晶体学研究和材料设计等。

从上述讨论可以看出，分子磁性研究的应用非常广泛，其影响范
围包括生物、材料、化学、健康和其他领域。

因此，未来的研究将会对分子磁性有更多的深入研究，可能会产生革命性的发现，并有助于推动各种研究领域的发展。

o2+的磁性氧气分子中有单电子，所以是顺磁性分子。

顺磁性是指材料对磁场响应很弱的磁性。

如用磁化率k=m/h来表示（m和h分别为磁化强度和磁场强度），从这个关系来看，磁化率k是正的，即磁化强度的方向与磁场强度的相同。

顺磁性应用顺磁性存有其关键的应用领域，从顺磁物质的顺磁性和顺磁共振可以研究其结构，特别就是电子组态结构；利用顺磁物质的边界层回去磁效应可以赢得约1—10－3k的超低温度；顺磁微波量子放大器就是早期研制和应用领域的一种逊于低噪声的微波放大器，推动了激光器的研究和发明者。

在生命科学中，如血红蛋白和肌红蛋白在未同氧结合时为顺磁性，同氧结合后转变为抗磁性，这两种弱磁性的相互转变反映了生物体内的氧化还原过程，其磁性研究成为生命现象的一种方法；目前医学上从核磁共振成像技术发展到电子顺磁共振成像技术，可以显示生物体内顺磁物质（如血红蛋白和自由基等）的分布和变化，此外某些测氧仪利用了顺磁性的原理。

碱金属元素和除铁、钴、镍以外的过渡阶段元素都具备顺磁性。

分子顺磁性和反磁性怎么判断1、顺磁性就是分子轨道中的两个电子自旋方向相同。

例如氧分子中存有一个分子轨道中的两个电子自旋方向相同，所以氧就是顺磁性的。

2、反磁性若分子轨道中的两个电子自旋方向相反，则为反磁性的，如氢气，分子轨道中的'两个电子自旋方向是相反的，所以是反磁性的。

3、看作单电子如果发现有成单电子，那么就是顺磁性，但是如果发现无成单电子，那么就是逆磁性。

4、看看分子中电子数分子中总电子数为单数，肯定有成单电子，那就是顺磁性;分子中总电子数为偶数:要根据成键状况仔细分析，有点复杂，一两句话讲不清楚。

5、自旋轨道关键是价层简并轨道(能量一样的轨道)，上填充 .的电子数与简并轨道数的关系。

这和电子单偶的计算有很大的关系。

6、看看主要特征顺磁性物质的主要特征是，不论外加磁场是否存.在，原子内部存在永久磁矩。

但在无外加磁场时，由于顺磁物质的原子做无规则的热振动，宏观看来，没有磁性;在外加磁场作用下，每个原子磁矩比较规则地取向，物质显示极弱的磁性。