磁性高分子材料

磁性高分子材料
目前广泛应用的磁性材料是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。

有机高分子磁性材料作为一种新型的功能材料，在超高频装置、高密度存贮材料、吸波材料和微电子工业等需要轻质磁性材料的领域具有很好的应用前景。

高分子磁性材料的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。

1.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。

1.1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。

1.1.1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。

1.1.2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。

1.1.3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酞胺(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和尼龙66等。

1.1.4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。

因此从理论上讲希望磁粉粒径尽可能小。

1.2结构型磁性高分子材料
结构型高分子磁性材料是指高分子材料本身具有强磁性的材料，主要为一些多自由基聚合物和金属配合的聚合物。

结构型磁性高分子材料可分为3类：自由基聚合物(纯有机磁性高分子)、金属配合聚合物(金属有机磁性高分子)、二茂金属化合物。

1.2.1自由基聚合物
所谓自由基聚合物是指高分子中不含任何金属，仅由C，H，N，O，S等组成的磁性高分子。

例如二炔烃类衍生物的聚合物，该类聚合物通过将含有自由基的单体聚合，使自由基稳定通过主链的传递偶合作用，再使自由基未配对电子间产生铁自旋偶合而获得宏观磁性的高分子。

1，4一双丁二炔(BPIO) (2，2，6，6-四甲基-4-羟基-1-氧自由基吡啶)就是这类聚合物的典型。

1.2.2金属有机磁性高分子
这类材料还可细分为：桥联型金属有机配合物磁性高分子和Schiff碱型金属有机配合磁性高分子。

关于桥联型金属有机磁性高分子，是指用有机配体桥联过渡金属以及稀土金属等顺磁性离子、顺磁性金属离子通过“桥”产生磁相互作用。

这类高分子是最有希望获得实用价值的金属有机配合物磁性高分子之一。

最为著名的是Kahn等人利用金属离子间容易产生反铁磁性相互作用的特点，设计有不同多重态金属离子交替排列，含Mn和Cu的金属有机高分子配合物，并得到三维高分子化合物。

关于Shciff碱型金属有机配合磁性高分子，日本东京大学的管野忠在澳大利亚科学家所合成的PPH(聚双2，6吡啶基辛二腈)聚合物的基础上，合成出了可与磁铁相匹敌的PPH·FeSO4型高分子磁体。

1.2.3茂金属化合物
二茂铁有机金属磁性高分子材料，是第一个常温稳定具有实用价值的高分子磁体。

我国林展如等将含金属茂(C5H5)n M的有机金属单体在有机溶剂中通过多步反应成功得到多种可以应用的有机高分子磁性材料(OPM)。

以二茂铁为原料合成的有机磁体还可以与铜纤维、不锈钢纤维和碳纤维复合，发展具有良好屏蔽效果的新型电磁屏蔽复合材料。

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
究属于交叉学科，人们对这类新型材料的认识和研究尚处于起步阶段。

从目前了解的情况来看，其性能特点如下：（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。

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。

加工方便，且机械性能好，抗冲击性能好；（2）从磁性能看，属于软磁；（3）介电特性较好；（4）物理特性有：密度低、适应温度宽、温度变化率低、耐热冲击好、抗辐射、抗老化；（5）目前对高分子有机磁性材料的分子结构和产生磁性的机理尚不清楚，随着材料温度的升高，磁性能变化很小，直至220ºC，磁性消失，该温度称为此种材料的居里温度。

3.展望
对于有机高分子磁性材料而言，探索其磁性产生的机理和建立合理的理论模型是其快速发展的依据。

分子设计是研制磁性高分子的“利器”，它打破了高分子材料工业所遵循的技术路线，从分子设计入手，合理裁剪分子结构，既可以经济快捷地开发出磁性高分子，又可对其进行官能团修饰改变其磁性。

随着人们对磁性理论和高分子研究的深入，将合成出更多的具有实用价值的有机高分子磁性材料，而这些有机高分子磁性材料的应用将在航天、航空、军工、信息、超导等领域引发一系列重大的技术革新。

4.结语
高分子磁性材料的研究已经取得了很大的进展，但它目前还不能像传统磁性材料一样得到系统应用和多领域的规模化、产业化加工制造。

高分子磁性材料除了具有传统的磁性能外，还有很多在无机磁性材料中从来没有观察到的新品种和结构。

高分子磁性材料的相关理论和相应解释还不太成熟，还有待于进一步研究和开发，这对高分子材料科学、复合材料科学和物理学等领域的研究人员无疑会带来更新的挑战。

对于我们当代研究生来说，也是一个比较有前景的研究课题。

我们应该抓住机遇，开发新技术、新工艺，发展具有更高实用价值的高分子磁性材料。

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