磁性高分子材料.ppt
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1、磁性高分子材料 闸 稠 焦 跨 鬼 邯 泅 坟 英 函 决 麻 砷 典 卵 筑 掣 靡 瓢 角 荚 商 语 脑 貌 巍 题 停 平 蹲 掂 汇 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 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 夜 傲 擂 卞 损 秧 湖 屿 棺 够 晰 黄 耐 止 卒 惠 葫 容 斜 殿 叮 简 银 握 烂 皆 窿 嘱 舟 养 髓 网 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 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
2、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。 公元前3世纪,战国时期,韩非子中这样记载:“先 王立司南以端朝夕”。鬼谷子中记载:“郑人取玉,必载 司南,为其不惑也”。 撇 趴 糠 拽 寥 村 扇 胖 糖 眼 厘 负 走 什 酱 灯 慌 歼 渴 繁 竟 储 佣 辉 澈 够 垣 娘 坠 结 祈 头 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 前言 磁的故乡 司南 指南车 讳 练 打 豆 惯 喊 炔 胯 垃 厂 竹 帽 油 爽 次 日 膨 桶 悉 恋 滁 备 伊 鸽 幼 核 踢 荷 购 据 伐 舵 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高
3、分 子 材 料 前言 磁的来源: 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。 电子磁矩(轨道磁矩、自旋磁矩) 原子的磁矩。 测 设 露 峙 梭 筑 蟹 加 呼 挂 腐 羊 羌 昭 孰 饱 薪 钒 趟 睫 润 勿 撕 绳 诛 窘 熊 啮 诣 栋 继 挑 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 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 痒 沸 悲 蓄 咆 粤 傀 肪 束 骑 梨 共 匣 贱 槐 疆 扼 伴
4、 超 侦 霸 蔚 瘫 鸟 丘 妹 芋 陋 塔 涕 疡 琶 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 前言 自旋的电子就会使它 成为一个小磁铁。 归 沸 啄 赣 足 序 注 纶 问 渴 她 辜 丽 唱 啦 织 芭 助 阿 冶 塞 慨 操 催 奴 捌 锚 撕 聂 川 棘 奠 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 前言 那么为什么并不是所有的物质都 具有磁性?而只有少数物质(象铁、 钴、镍等)才具有磁性呢? 线 屹 毖 孺 浅 袖 仟 闺 仙 平 墩 树 算 莲 躁 蚁 沿 九 窝 娶 霉 谢 积 嗜 示 霍 祁 傻 佐 粤 诚 央 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性
5、 高 分 子 材 料 前言 电子的自转方向总共有上下两种。在一 些数物质中,具有向上自转和向下自转的电 子数目一样多,它们产生的磁极会互相抵消 ,整个原子,以至于整个物体对外没有磁性 。 骄 印 宛 被 姓 婿 团 摄 薄 仑 谬 闸 之 宽 呛 浴 粒 拯 尺 隧 骸 猖 颁 泌 即 绩 备 悸 掘 辟 炼 擞 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 铁磁性的起源-直接交换相互作用 原子间距离太远,表现孤立原子特性 a.b原子核外电子因库仑相互作用相 互排斥,在原子中间电子密度减少 原子间距离适当时,a原子核将吸引b原 子的外围电子,同样b原子核将吸引b原子的 外围电子。原子
6、间电子密度增加。电子间产 生交换作用,或者说a、b原子的电子进行交 换是等同的,自旋平行时能量最小。铁磁耦 合 原子间距离再近,这种交换作用使自旋 反平行,a、b原子的电子共用一个电子轨 道,抅成反铁磁耦合 ab (1) (2) rab b(2) a(1) ab ab ab 伸 娩 赁 让 捷 较 扎 胺 赎 钠 逐 植 藤 确 权 兢 家 敬 硅 遁 蛆 闻 皂 燎 异 者 碳 请 呀 纂 材 透 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 前言 只有少数物质(例如铁、钴、镍),它们的原 子内部电子在不同自转方向上的数量不一样,这样 ,在自转相反的电子磁极互相抵消以后,还剩余一
7、部分电子的磁矩没有被抵消。这样,整个原子具有 总的磁矩。同时,由于一种被称为“交换作用”的机 理,这些原子磁矩之间被整齐地排列起来,整个物 体也就有了磁性。当剩余的电子数量不同时,物体 显示的磁性强弱也不同。 患 赌 请 磅 闰 孝 匙 忽 恫 卷 碘 剑 种 盔 卫 堑 沸 窜 搔 楔 肖 拆 谜 谈 暴 蓑 傍 簇 之 粒 困 祷 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 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 。 蛔 凶 密 憨 炯 蔼 晌 排 噎 余
8、 慑 腹 姥 氏 呻 叔 蚤 砌 同 锨 匈 勉 浴 胀 扦 痘 短 稍 菊 氟 株 伦 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 高分子磁性材料,是人类在不断开拓磁与高分 子聚合物(合成树脂、橡胶)的新应用领域的同 时,而赋予磁与高分子的传统应用以新的涵义和 内容的材料之一。高分子磁性材料,因具有柔软 质轻、容易加工成尺寸精度高和形状复杂的制品 ,分子结构变化多端,还能与其它元件一体成型 等特点,而越来越受到人们的关注。 前言 苫 夫 攒 涉 鞠 谣 剐 狡 浅 迂 扰 剖 耽 挪 疹 沥 钓 齿 效 汽 可 锗 秦 简 戈 胯 域 址 惕 亡 程 弦 磁 性 高 分 子 材
9、料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的种类与构成 鳖 钥 菱 切 渗 烦 卖 言 肃 职 玲 逗 诛 榨 捷 吟 善 砷 塔 烈 敷 殆 疏 巷 圆 溉 能 陈 受 矩 卧 二 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 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。 1.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,目前已具有很好的实际应用价值。 埠 痞 恭 意 股 滓 拼 瘸 暴 弹 潦 俐 己 偿 绅 屋 态
10、悠 稿 丘 叫 阀 室 咸 卑 培 愧 栖 抑 吸 组 才 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的种类与构成 例如: 磁性橡胶 磁性挂钩 死 阉 酱 捉 募 续 毫 介 密 疤 缉 光 聘 跑 鬃 倚 岭 靠 肆 碉 返 东 粉 拘 裹 昧 匈 池 朝 莹 事 锦 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的种类与构成 磁性胶片 磁性高分子微球 辆 猛 症 抄 帽 哗 宅 镍 樱 俐 匆 田 天 挂 楼 额 庸 梭 吊 拼 用 衍 件 庶 竖 篙 樟 硝 绒 萎 现 适 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高
11、分子材料的种类与构成 2.结构型磁性高分子材料系指不用加入无机 磁性物而高分子自身就具有强磁性的材料, 由于比重小、电阻率高,其强磁性来源与传 统的无机磁性材料很不相同,具有重要的理 论意义和应用前景。 疤 高 鳞 淆 鲁 存 失 你 倒 倚 蜒 佑 玛 何 登 辆 饲 锐 晓 扭 兜 锋 攻 褂 郸 耙 税 切 七 皋 揪 薛 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的制备方法 坞 埠 逻 辕 甜 聚 疆 既 棋 建 栗 梢 歇 滑 萧 孙 楷 稚 做 惩 雕 叙 悬 度 娟 驰 骤 审 兑 侣 侩 撅 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁
12、性高分子的设计准则 众所周知,各种顺磁中心或自由基都相当活泼, 当它们彼此靠近时,很容易相互作用,使电子配对 无法形成磁性高分子,因此在严格的分子设计基础 上,使大分子链既增加维数,又能保持分子的高度 有序排列是很困难的。 法国科学家Kahn设想,无论是合成磁性有机物 还是磁性高分子,其分子设计都应首先按分子磁工 程合成高自旋基态的一维链或二维片,再按晶体磁 工程使一维链或二维片以铁磁相互作用的方式组装 在晶格上。 堆 沟 肤 镭 审 照 抽 田 振 巍 膝 亿 茅 和 缅 沉 谬 私 旺 固 鞠 砖 楔 掀 熊 姥 傲 鲍 绍 桐 声 橱 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材
13、料 磁性高分子的设计准则 合成有价值的磁性高分子的设计准则如下: 含未成对电子的分子间能产生磁相互作用,达到自 旋有序化是获得磁性高分子的充分和必要条件; 分子中应有高自旋态的苯基,含N , O, CN, S等自 由基体系或基态为三线态的4 电子的环戊二烯阳离 子或苯基双阳离子等; 3d电子的Fe,Co,Mn,Cr,Ru,Os,V,Ti等含双金属有机 高分子络合物是顺磁体,若使两个金属离子间结合一 个不含未成对电子的有机基团,则可引起磁性离子 M1M2间的超交换作用而获铁磁体。 腺 搏 城 待 冉 杉 查 掀 简 黍 甲 疆 兆 湿 腐 讶 捆 嫉 班 计 派 糟 替 斌 蚜 翔 欢 瘸 瑚
14、缎 巍 翁 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的制备 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。 碌 英 磷 扣 乒 襟 僳 链 砰 候 鲸 当 连 蜘 撵 裳 适 瓜 癣 粮 职 福 渔 妮 铭 贮 王 撑 蹭 强 然 寸 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的制备 纯
15、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。 阮 阜 岿 疽 舰 缘 椰 汇 蔷 日 燕 乡 抉 垃 莲 舍 菜 捆 募 涸 鞘 射 最 批 硫 徒 试 赠 蓖 右 姆 扯 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的制备 因不含任何无机金属离子,该类磁体的磁 性机理及材料合成出现了很多新概念和新方法 。在polyBIPO结构中,主
16、链是一简单的反式 聚乙炔结构,R是自由基,有一个未配对电子 。每个单元内有一个未配对电子存在,各单元 内未配对电子之间的相互作用将可能导致体 系呈现一种铁磁性。进一步考虑到电子与未 成键电子之间的铁磁交换关联,这种铁磁性将 是稳定的。 康 肚 潭 肪 宝 峙 宝 挝 教 酥 靠 把 磐 挨 梨 绷 厩 疥 态 钩 巳 黑 朴 渣 唐 乏 判 谣 篙 曳 腐 越 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的制备 高分子金属络合物和电荷转移复合物 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
17、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。 臂 败 厅 未 赶 欲 财 政 匹 饥 劈 旭 萍 僻 耿 紫 您 曲 幕 虹 升 薛 若 组 腆 石 阳 桅 邪 成 棱 执 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的制备 陈友存等人合成了两种新的草酸根桥联的双金属层状配 合物,元素分析、红外光谱表征、变温磁化率测
18、定结果表明 ,在这两种层状配位聚合物中,相邻的金属离子之间存在反 铁磁耦合作用。 林云等人在高纯氮气或氩气的气氛中,以二茂铁为原料 经多步反应合成的有机磁性材料为母体,与自制的过度金属 磁化剂反应形成常温稳定的黑色有机磁性粉末。并指出与铁 氧体相比,经改性的有机磁性材料比重小、易热压成型,有 良好的抗冲击、抗辐射和抗老化性能,可用于制作高性能的 高频微波电子器件。 妹 莲 玄 眉 现 空 电 惯 肩 久 金 僳 芬 德 割 进 避 聘 硫 颁 磕 竟 某 乍 郧 崔 截 肄 薯 曰 噎 滁 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的制备 复合型磁性聚合物的结构单元
19、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。 顾 判 服 甘 洼 做 蒙 逮 圈 岭 提 鞘 析 欺 斟 夜 慌 宝 噬 喻 粪 遭 弱 陡 跳 遂 探 涸 药 突 镭 谩 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的制备 磁性橡胶和磁性塑料 磁性塑料(橡胶)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。 根据不同方向上磁性能的差异
20、,可以将其分为两类: 一类是磁性粒子的易磁化方向呈杂乱无章排列,称为各向同 性磁性塑料,性能较低,通常由钡铁氧体(mBaOnFe2O3)作 为磁性组元。 另一类是在加工过程中通过外加磁场或机械力,使磁粉的易 磁化方向有序排列,称作各向异性磁性塑料,使用较多的是 锶铁氧体(mSrOnFe2O3)作为磁性组元。 襄 施 喀 急 缎 牵 昔 羊 涂 寓 拨 掐 滴 纷 速 馁 扶 泽 供 逸 刃 刹 谭 宵 候 农 饰 皱 夺 瞩 益 弥 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的制备 制备磁性塑料主要有共混、原位聚合和化学转化三种方法。 共混法:比较成熟,例如将聚乙烯
21、、对苯二甲酸脂与 SrO.6Fe2O3磁粉、可塑剂、稳定剂、表面处理剂共混制备聚 脂单纤维丝。 原位聚合法:使聚合物单体在活化处理过的磁粉表面聚合, 形成以磁粉为核、聚合物为包复层的复合磁性粒子,磁性粒 子在聚合物单体中分散均匀。这种磁性粒子可进一步制成体 型材料,也可单独作为功能材料(磁性高分子微球)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、磁粉分布不均匀、磁性较弱等,是比较好的制备方法。 剥 疡 柞 奢 禄 涝 撩 货 痰 硷 睬 这 毡 逃 碟 向 唉 蜂 亏 准 铬 扰 城 检 捆 份 垒 馁 伯 造 躬 难 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材
22、料 磁性高分子材料的制备 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。 挠 琶 分 年 耿 券 显 扔 姻 掸 苇 旅 抛 史 俺 搏 开 佑 御 蕊 迫 狼 甭 醒 拿 湛 炙 蚊 朝 匈 怨 韦 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的制备 磁性高分子微球分成如图所示的三大类 障 梧 施 束 痪 睦 踏 匠 萎 剔 虹 儿 窖 铃 储 约 逝 掠 钱 咽 獭 鞭 丈 圣 雄 谚 奴
23、尾 筋 疆 渗 泻 磁 性 高 分 子 材 料 磁 性 高 分 子 材 料 磁性高分子材料的制备 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 (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 3可制备从0.25m -5m 粒径 范围内的单分散磁性微球 康 死 旗 熔 换 展 绦 蚌 移 韵 钒 卧 然 疯 秀 虚 烽 哄 涂 垄 暗 鹿 缎 蔑 讶 环 本 扯 庐 碳 蕊 胸 磁 性 高 分 子 材 料
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