磁性高分子综述

磁性高分子

常州轻工职业技术学院 常州 213164)

摘要：从磁性高分子材料的分类，特点，应用等方面对磁性高分子进行简单的介绍，其中包括对磁性高分子微球认识，对磁性塑料、磁性橡胶的简单认识以及对磁性高分子在未来的发展前景有简单的介绍，从而进一步了解磁性高分子。

关键词：功能高分子 磁性高分子

1基本磁现象

1．1磁极：同性相斥，异性相吸。

1.2 N, S极不能单独存在

2、磁性材料

磁性材料是当前仅次于半导体材料的在高新技术与传统技术中都具有广泛应用的一类功能材料。其应用己经从传统的技术领域发展到高新技术领域，从社会生产扩大到百姓家庭，从单纯的磁学范围扩展到与磁学相关的交叉学科领域

在材料的发展史上，磁性材料领域曾长期为含铁族或稀土金属元素的合金和氧化物等无机磁性材料所独占。

传统无机磁性材料的缺点：

a 、必须经过高温冶炼过程；b 、比重大；c 、韧性差；d 、硬度高；e 、加工成型困难；f 、磁损耗大；使传统的无机磁性材料在高新技术和尖端科技的一些方面受到了很大限制。如电子工业的微型化，空间动力系统、宇宙航行控制系统的轻型化，以及一些复杂形状的磁性器件的制备等。

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；

在超高频装置、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有很大的应用前景[2]。 [1]

3、磁性高分子的分类

磁性高分子材料通常可分为复合型磁性高分子材料和结构型磁性高分子材料。

3．1复合型磁性高分子

高分子材料+各种无机磁性物质复合而成，可分为粘接磁铁、磁性高分子微球以及磁性离子交换树脂等。

3.1.1粘结磁铁

所谓粘接磁铁，是指以塑料或橡胶为胶黏剂，将磁粉混入其中而成的所需形状的磁铁。按所用胶黏剂的不同，分为橡胶型和合成树脂型两种，前者为磁性橡胶，后者为磁性塑料。 [3]

3.1.2磁性高分子微球

磁性高分子微球的研究始于二十世纪70年代，它除具有高分子微粒子的特性，可通过共聚、表面改性，赋予其表面多种反应性功能基(如：—OH 、—COOH 、—CHO 、—NH2 等) ，还因具有磁性，可在外加磁场的作用下方便地分离， 国外有学者将其形象地称为动力粒子。磁性高分子微球[4]作为新型的功能高分子材料在生物医学(临床诊断、酶标、靶向药物) 、细胞学(细胞标记、细胞分离等) 和生物工程(酶的固定化) 等领域有着广泛的应用前景。

从目前研究的情况看, 磁性高分子微球一般为核壳式结构[5]：由金属氧化物(如铁、钴、镍等氧化物) 组成核, 高分子材料组成壳层；或者将高分子材料作为核, 磁性材料作为壳层；除此之外, 也可做成夹心结构, 即外层、内层为高分子材料, 中间层为磁性材料。就其制备方法而言, 主要有包埋法和单体聚合法及化学液相沉积法等[6]。

3.1.3纯有机磁性高分子

3.1.3.1例：Poly-BIPO

3.1.3.2热解聚丙烯腈

在900～1100℃下热解聚丙烯腈，所得产物为黑色粉体，含有结晶相和无定形相，具有中等饱和磁化强度，MS 为15 G/g。

3.1.2.3电荷转移络合物

属于这类化合物的有2，3，6，7，10，11-六甲氧基均三苯（HMT ）和TCNQF 4生成的电荷转移络合物。它们的结构式分别如下图所示。

3.1.2.4含金属原子的有机高分子磁性体

3.1.2.4.1金属有机络合型磁性高分子

众所周知，金属有机高分子络合物中有多种顺磁基团，且容易合成，因此多年来人们对其磁性能进行了许多研究。然而金属有机络合物中由于过渡金属离子被体积较大的配体所包围，金属离子间的相互作用减小，即使排列有序的金属有机络合物，在磁场中的自旋定向排列也较困难，故仅能得到顺磁性。因此，金属有机络合物的有序排列及聚合是设计实用有机络合物铁磁体的关键。

3.1.2.4.2常温稳定的的二茂铁型金属有机磁性高分子

近年来，Miller 等合成了一系列十甲基二茂铁/TCNE(四氰基乙烯) 类的电荷转移金属有机铁磁体，并深入研究了它们的导磁机理，对二茂铁型有机铁磁性高分子的合成产生浓厚的兴趣。在这种十甲基二茂铁阳离子和四氰基乙烯阴离子所组成的有机金属盐

[Fe(C5Me5)2]+[TCNE]-中，十甲基二茂铁分子很容易把一个电子转移给四氰基乙烯分子，形成电荷转移络合物。它在阳离子和阴离子上都有一个不成对的电子，这是这种物质具有顺磁

性和铁磁性的主要原因。

3．2 结构型磁性高分子

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。结构型磁性高分子材料按基本组成可分为纯有机磁性高分子和金属有机磁性高分子[7]。

4、磁性高分子材料的性能特点

● 加工方便

● 属于软磁

● 介电性能好

● 密度低

5、磁性高分子的应用

5.1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。

5.2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[8]。

5．3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－OH, －COOH, －CHO, －NH2) 从而联接上生物大分子、细胞等[9]。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[10]。

5.4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”的需求。目前防止雷达探测所用的微波吸收剂多为无机铁氧体[11]，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。

5.5光导功能材料

磁性粒子(包括磁珠、磁性高分子微球等) 具有磁响应性，在外加磁场的作用下可以很方便地分离。另外它具有比表面积大、表面特性多样的特点，可以结合各种功能物质。 酞菁类化合物作为有机光导功能材料，具有价廉、稳定、低毒和广泛的光谱响应的特点。然而它的不溶性和难以成膜性却妨碍了它的深入研究和实际应用。研究最多的解决办法即将酞菁分

子共价结合到磁性聚合物链上：在磁性高分子粒子表面接上酞菁功能基，利用酞菁分子的光导性作为检测信号来获取生物活性分子间的相互作用信息，进而应用于临床检测诊断。

5.6 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分离的操作。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。 [12]

6磁性高分子材料的新热点

6.1磁性离子交换树脂

磁性离子交换树脂是一种新型的离子交换树脂，也是一种新型的树脂基复合材料，它是用聚合物粘稠溶液与极细的磁性材料混合，在选定的介质中经过机械分散，悬浮交联形成的微小的球状磁体。

磁性离子交换树脂是一种新型的离子交换树脂，也是一种新型的树脂基复合材料，它是用聚合物粘稠溶液与极细的磁性材料混合，在选定的介质中经过机械分散，悬浮交联形成的微小的球状磁体。

磁性离子交换树脂的最大优点是可以用于大面积动态交换与吸附，可以处理各种含有固态物质的液体，使矿场废水中微量贵金属的富集，生活和工业污水的分离净化等得到实现。提高磁粉与树脂基体的亲和力，改善树脂的耐酸碱性，开发高吸附容量磁性树脂，将有助于最终实现这类新型离子交换与吸附树脂的实际应用。

6.2具有磁性和超导性能的有机塑料

由美国林肯内布拉斯卡大学的化学教授安德列兹·拉杰卡领导的研究小组在2004年在塑料研究方面获得了重要突破：他们研制出同时具有磁性和超导性能的有机塑料聚合物。科学家们认为，这一成果有利于研制量子计算机和超导电子所需要的廉价而又灵活的元器件。这种有机塑料磁体，与目前广泛使用的金属磁体比较起来，具有以下的优点：它比金属磁体重量轻、成本低，而且这种有机塑料还容易加工成各种形体的材料，比如塑料薄膜和涂料等。此外，科学家们还可以很容易地把聚合物的其他性能也掺杂到这种有机塑料里，这样就可以制造出能够对微小磁场产生反应比如改变自己形状的材料。

未来，科学家研究的重点将是解决这种材料性能的稳定性和提高超导的起始温度(这种有机聚合物在绝对温度10 K以下产生超导性能) 。

6.3其他

6.3.1高储存信息的新一代记忆材料

利用磁性高分子有可能成膜等特点，在亚分子水平上形成均质的高分子磁膜，可大大提高磁记录的密度，以开发高存信息的光盘和磁带等功能记忆材料。

6.3.2轻质、宽带微波吸收剂

磁性高分子与导电材料复合可制成电、磁双损型轻质、宽带微波吸收剂[13]，这在航天、电磁屏蔽和隐身材料等方面获得重要用途。

6.3.3磁控传感器的开发

利用磁场变化控制温度、溶剂和气体等的传感器件以及受光、热控制的新型电磁流体的开发是磁性高分子重要的应用方向。

6.3.4生物体中的药物定向输送

低密度、可任意加工的磁性高分子的诞生，可实现生物体中的药物定向输送和大大提高疗效，并有可能引起医疗事业的一场变革。

6.3.5低磁损高频、微波通讯器件的开发

近年来，低磁的高频、微波通讯电子器件的开发已为世人瞩目[14]。

7展望

以高分子化学和无机磁学为基础发展起来的磁性高分子，是两者相互渗透交叉的新学科，它打破了高分子和无机磁学的传统界限，成为近年来化学和物理学的前沿研究新领域，它的发现，证明了高分子也具有无机物的3项专有特性，即导电性、超导性和强磁性，磁性高分子的出现，是高分子领域的一个重大突破。

利用磁性高分子的许多新颖性技术参数和良好的缩波性，可设计出各种小微带天线、微波网络、微带电路和微带元器件。若能突破它的研制设计技术，将对现代雷达技术，卫星通

[15]信，移动通信

8小结

磁性高分子材料的出现是现代高新磁性材料与技术的重要标志, 是研发与应用的新扩展, 并日益成为高分子材料研究领域的热点之一. 新的磁性高分子材料的不断出现以及理论和应用的不断探索与推进, 必将促进现代科技与工业特别是磁性技术与产业的进一步发展.

参考文献

1[刊名]: 二十世纪末的重大发明— 高分子 磁性 材料

[刊名]: 中国新技术新产品精选

[年/期]: 2000/Z22001/05

2[题名]高分子磁性材料研究及其应用领域

[会议论文]

[作者]胡汉杰林云邓科林展如，

2006 - 中国化工学会2006年年会暨全国第二届化工新材料学术技术报告会

磁性材料的出现开创了人类的航海事业, 一系列新合成磁性材料的发展, 促进了从航天技术到家用电器等一系列新技术的形成, 磁性材料已在人类社会中占据了重要位置.

3[题名]：磁性高分子复合材料的现状与发展

[作者]：郭军、王新伟、李青山、邢丽华、麻晓雷

[刊名]:《化工时刊》

[年/期]：2003年/1期

4[题名]磁性高分子复合微球的制备

[作者]梁方毅，顾顺超，周锦鑫

[刊名]:材料导报

[年/期]:2010年2期

5[题名]核壳结构磁性聚合物微球的可控制备

[会议论文]

[作者]吴纯超孔详明，

2010 - 2010年全国高分子材料科学与工程研讨会

6[题名]：核-壳结构磁性高分子的制备及其电磁学性能研究

[作者] 胡书春

[网络出版投稿人] 西南交通大学

[网络投稿时间] 2004-09-16

[学位年度] 2004

[论文级别] 硕士

7[题名]结构型磁性高分子的研究进展

[作者]赵培仲，花兴艳，朱金华，王源升

《化学工业与工程技术》 2005年4 期

关键词：高分子材料 磁性材料 有机磁性化合物

8[题名]: 新型 高分子 功能 材料 —— 磁性 塑料

[刊名]: 科技信息

[作者]: 陈洵

[年/期]: 2001/05

9[题名] 磁性高分子微球在生物、医药领域的应用

[作者] 秦润华 刘宏英

[来源] 中国粉体技术-2004年4期

10 [题名]磁性复合纳米微粒的性能及在生物医药领域的应用

[会议论文]

[作者] 王丽丽姜继森，

2008 - 第七届全国颗粒测试学术会议暨2008上海市颗粒学会年会

聚合物和生物分子在纳米磁性粒子上的组装已成为一个新的研究热点。本文中对磁性粒子与聚合物/生物分子的相互影响以及磁性高分子复合纳米粒子在生物医药领域的应用进行了简要介绍。

关键词：纳米微粒 聚合物 生物分子 磁性粒子 生物医药

11[题名] 羰基铁粉雷达波吸收剂的制备与性能研究——新型悬浮聚合法制备磁性聚合物的研究

12[题名] 具有光导性的磁性高分子微球——反应性铁酞菁与苯乙烯共聚

[作者] 张军华 汪茫

[来源] 高分子学报-2002年3期

13[题名]有机高分子/纳米磁性微带天线

[会议论文] 林展如赵见高孙克魏克珠李士根胡岚，2000 - 第十届全国微波磁学会议

该文所设计的新型微带天线材料是由国家863高技术计划(863-715-007-010)和自然科学基金会资助的科研项目所提供的样品，即有机高分子／纳米磁性介质材料。这种材料的基本特点是比重小，重量轻，在温度变化范围较大的情况下磁...

关键词：有机高分子 纳米磁性材料 磁性微带天线 驻波

14[题名]有机高分子磁性基板在微波技术上新应用

[会议论文] 魏克珠，2004 - 第十二届全国微波磁学会议

本文论述有机高分子磁性基板在微波技术上新应用. 在新型微带天线性能测试研究, 平板天线研发设计及应用, 最后分析了 有机高分子磁性基板应用前景.

关键词：磁性基板 微波技术 微带天线

15有机高分子磁性材料在3G 移动通信中的应用研究

[会议论文] 张力健，2004 - 第十二届全国微波磁学会议

本文描述了采用有机高分子磁性材料作为基板材料, 选择微带天线中常用的几种贴片形式做了一些比较研究, 通过测量结果可 以看出, 有机高分子磁性材料在3G 移动通信中具有一定的应用价值.

关键词：磁性材料 3G移动通信 多频率耦合 磁性介质