磁性高分子材料简介

④可以用常温或低温方法合成；
⑤易于加工成型,可以制成许多传统磁体难以实现的器件；
⑥密度低。这些特点使结构型高分子磁性材料作为新型光电
功能材料具有广阔应用前景。
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磁性高分子材料的种类与构成
结构型高分子磁性材料目前主要的研究种类有具有高自 旋多重度的高分子磁性材料、含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、多功能化的高分子磁性材料等。
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磁性高分子材料的应用
磁性粒子在生物分离上的应用
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磁性高分子材料的应用
磁性微粒在药物靶向上的应用
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磁性高分子材料的应用
磁性微粒在生物医学检测中的应用
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磁性高分子材料的应用
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
磁性微粒在磁共振成像中的应用
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磁性高分子材料的应用
冰箱贴
磁橡胶
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磁性高分子材料的制备方法
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磁性高分子材料的制备方法
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。
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磁性高分子材料的制备方法
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年代，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。
3 可制备从0.25μm -5μm
粒径范围内的单分散磁
性微球
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磁性高分子材料的制备方法
（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。
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高分子磁金性属络高合分物和子电材荷转料移的复合制物备方法
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。
电子磁矩（轨道磁矩、自旋磁矩） ——→原子的磁矩。
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前言
电子轨道运动产 生电子轨道磁矩
电子自旋产生电 子自旋磁矩
构成原子 的总磁矩
物质磁性 的起源
自旋的电子就会使 它成为一个小磁铁
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前言
在人类材料发展史上，磁性材料曾长期为含铁族或稀土金属合金和氧 化物等无机磁性物质所独占，但因其比重大、脆硬、加工成型困难，使之 在一些特殊场合下使用受限。
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磁性高分子材料的种类与构成
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磁性高分子材料的种类与构成
磁性颗粒均匀分布在高分子材料中
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磁性高分子材料的种类与构成
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。
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磁性高分子材料的种类与构成
• 铁氧体类高分子磁性材料
与烧结磁铁相比,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,可连续 成型、批量生产,可加入嵌件而无需后加工,可进行双色成型和整体成型, 可通过变更磁粉含量来控制磁性能,有极好的化学稳定性。缺点是磁性 较稀土类高分子磁性材料差,如果大量填充磁粉则影响制品强度。
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。
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磁性高分子材料的应用
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。
20世纪80年代中期出现了新的交叉学科——有机和高分子磁学。前苏 联的科学家Ovchinnikov，西班牙的F.Palacio，日本的T.Sugano，法国的 Kahn等为此作出了巨大的贡献。
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前言
高分子磁性材料因为其结构种类呈现多样性,较适合通过化学方法合成 得到磁性能与力学性能、光性能、电性能均较好的综合性能。这类磁性材 料还具有磁损耗小和特轻质磁性等特点,很适合应用在超高频装置、超高密 度存贮材料、吸波材料、微电子工业和宇航等领域。随着社会发展和科技 进步，磁性高分子材料的合成和应用研究成果层出不穷，已成为当今功能 高分子材料研究领域中的热点之一。
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
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磁性高分子材料的制备方法
（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。
Affimag SLE 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
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磁性高分子材料的制备方法
磁性橡胶和磁性塑料
共混法：比较成熟，例如将聚乙烯、对苯二甲酸脂与SrO.6Fe2O
• 磁性3磁塑粉料、（可塑橡剂胶、）稳定是剂指、在表面塑处料理或剂共橡混胶制中备聚添脂加单磁纤维粉丝及。其他 助剂原，位聚均合匀法混：使合聚后合加物单工体而在成活化的处一理种过的功磁能粉性表面复聚合合材，形料。
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磁性高分子材料的制备方法
复合型磁性聚合物的结构单元内没有未配对的电 子存在，本身并没有磁性，在聚合物中掺杂的无机磁 性材料是其具有磁性的根本原因。
根据聚合物与无机磁性材料的结合方式及制备 方法、应用领域的不同，复合型磁性聚合物主要可分 为 磁性橡胶 磁性塑料 磁性高分子微球 磁性聚 合物薄膜等。
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磁性高分子材料的种类与构成
• 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。 稀土类高分子磁性材料因受价格、资源的影响目前产量还不大。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, 将成为今后复合型高分 子磁性材料发展的方向。
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磁性高分子材料的应用
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磁性高分子材料的应用
• 磁性橡胶：
铁氧体磁性橡胶曾大量用于制造冷藏车、电冰箱、电冰柜的门封垫圈，后 来发展到用于风扇电机、旋转轮胎的磁性橡胶条、减震材料。
• 磁性塑料：
由于磁性塑料的机械加工性能好、易成型、尺寸精度高、轫性好、质轻价 廉、易批量生产，对电磁设备的小型、轻量、精密和高性能均有重要意义；又 可记录声、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，如制造彩色显象管的会聚组件、微特电机磁钢、汽车仪器仪表、分 电器垫片和气动元件磁环等。
• 结构型磁性高分子材料是指分子本身具有强磁性的聚合物，如聚双炔 和聚炔类聚合物，含氮基团取代苯衍生物，聚丙稀热解产物等。
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磁性高分子材料的种类与构成
复合型磁性高分子材料
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，可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。
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。
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磁性高分子材料的应用
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
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磁性高分子材料的应用
在光纤传感技术中的应用
Lenz等人制成了使用磁致伸缩材料做磁敏外套的磁敏光纤。下图是圆 形磁敏材料，可直接敷在裸光纤上，也可以在光纤的非磁性聚合物的外 套上再敷上磁性材料。也可以 将光纤粘在扁平的矩形磁致伸缩材料片 上。磁性材料在磁场的作用下对光纤产生轴向应力，而实现对磁场的传 感。
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磁性高分子材料的应用
磁性手链
磁性鼠标
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磁性画板
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磁性飞镖
磁性高分子材料的应用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
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磁性高分子材料的种类与构成
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磁性高分子材料的种类与构成
结构型磁性高分子材料
某些芳香族自由基和烯烃自由基具有大的正原子或负原 子自旋密度,通过分子自旋离域和自旋极化,这些自由基在晶 体中形成正反自旋区域相间分布,当正自旋密度远大于负自 旋密度就可出现铁磁耦合而显示出磁性。
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磁性高分子材料的种类与构成
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
• 根据聚不合物同单方体向中分上散磁均性匀。能这的种差磁性异粒，子可可进以一将步其制成分体为型两材料类，：各
向同也性可单磁独性作塑为功料能和材各料（向磁异性性高分磁子性微塑球）料应。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、
• 制备磁磁粉分性布塑不料均匀主、要磁有性较共弱混等、，是原比位较聚好的合制和备化方法学。转化三种方
磁性粒子在生物分离上的应用磁性微粒在药物靶向上的应用磁性微粒在生物医学检测中的应用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磁性微粒在磁共振成像中的应用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
磁性高分子材料
主讲人：xxx
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目录
1 前言 2 磁性高分子材料的种类与构成 3 磁性高分子材料的制备方法 4 磁性高分子材料的应用 5 发展前景
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磁性高分子材料的应用
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。
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前言
• 磁的故乡
中华民族很早就认识到了磁现象，磁学是一个历史悠久的研究领域。指 南针是中国古代四大发明之一，古代中国在磁的发现、发明和应用上还有许 多都居于世界首位，可以说中国是磁的故乡。
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• 磁的来源
前言
物质的磁性来源于原子的磁性，研究原子磁性是研究物质磁性的基础。 原子的磁性来源于原子中电子及原子核的磁矩。原子核磁矩很小，在我们所 考虑的问题中可以忽略。
目前，大多数结构型高分子磁性材料只有在低温下才 具有铁磁性，这类材料目前尚处于理论研究阶段。但这一 类高分子磁性材料与传统的磁铁相比具有很多优点。
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磁性高分子材料的种类与构成
①结构多样,易于用化学方法对分子进行修裁而改变其磁性；
②磁性能多样；
③可以将磁性和其它如力学性能、光性能、电性能等特性相 结合；
法。
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磁性高分子材料的制备方法
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。
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磁性高分子材料的制备方法 磁性高分子微球分成如图所示的三大类