厦门大学化学化工学院温庆如 04300066  摘要综述磁性功能高分子的发展概况，简要介绍磁性功能高分子的分类及应用领域，展望磁性功能高分子的发展前景。
关键词磁性功能高分子复合型磁性高分子材料结构型磁性高分子材料
1、前言
进入20世纪80年代以来，一场与之相适应的“新材料革命”蓬勃兴起。新材料的开发
重点是功能材料、高性能陶瓷材料和复合材料。在功能材料中, 功能高分子材料占有举足轻重的地位，其内容丰富、品种繁多、发展迅速，已成为新技术革命必不可少的关键材料，并将对21世纪人类社会生活产生巨大影响。对功能高分子材料，目前尚无明确的定义，一般认为，是指除了具有一定的力学性能之外，还具有特定功能(如导电性、电磁性、催化性和生物活性等)
的高分子材料。现代多学科交叉的特点促进了功能高分子材料的研究与发展，从功能及应用
上可将功能高分子材料大致分为以下几类: 电磁功能高分子材料、生物医用高分子材料、化学功能高分子材料和光功能高分子材料。
在人类的材料发展史上，磁性材料领域曾长期为含铁或稀土金属元素的合金和氧化物等无机磁性材料所独占。但由于传统磁性材料必须经过高温冶炼才能得到应用，而且密度大，精密加工成型很困难，加工过程中的磁损耗很大等原因，使得传统磁性材料在高新技术和尖端科技应用受到很大限制。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。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。
2、磁性功能高分子材料的分类
磁性高分子材料主要分为复合型和结构型两大类。复合型磁性高分子材料[5]、[6]是指以
高分子材料与各种各种无机磁性材料通过混合粘结、填充复合、表面复合、层积复合等方式加工制得的磁性体从复合材料概念出发，通称为磁性树脂基复合材料。结构型磁性高分子材料[2]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。
3、复合型磁性高分子材料[1]、[5]
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。
3.1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。
3.2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。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。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，这是烧结磁铁所无法比拟的。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，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。
3.3复合型磁性高分子材料的应用领域
复合型高分子磁性材料具有质轻、价廉、容易成型加工等特点，可以制成尺寸精度很高而且形状很复杂的元件，可广泛应用在试验仪器、电子产品、日用家电、办公自动化设施、计量、通讯、控制装置等领域，还可制成用于细胞分离、固定酶、免疫因子测定等领域的磁性聚合物微球和生物导弹，甚至还能广泛用于DNA分离及核酸杂交等领域。
4、结构型磁性高分子材料[1]、[7]
从对传统磁体的研究中可以得知，在显示出顺磁性或磁性的物质中，原子或分子必须具有稳定的固有磁矩，即这些原子、离子和分子的电子壳层中必须具有未成对电子，以使体系电子保持总自旋不为零。传统的磁体通常是由带有未成对d层或f层电子的过渡金属及其氧化物或稀土元素组成。通常的高分子材料是共价键结合，并不具有未成对电子，因此不具有顺磁性或铁磁性，但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。
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：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；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。
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。
5、磁性功能高分子材料研究的新热点
5.1磁性离子交换树脂[6]
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。如用离子交换的方法合成聚苯乙烯树脂基铁氧体和铁钴氧体的磁体，提供了一
个用化学合成的方法来控制制件的大小和分布的好方法。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。
5.2具有磁性和超导性能的有机塑料[4]
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 度以下产生超导性能)。他们表示，他们将通过改变有机塑料聚合物的分子结构，大大提高聚合物呈现超导性能的温度。他们努力的最终目标将是利用有机塑料磁体来代替目前广泛使用的金属磁体。
5.3其他[2]
(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。
(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，这在航天、电磁屏蔽和隐身材料等方面获得重要用途。
(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。
(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。
(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，目前，四川师范大学已用OPM铁磁性材料制作了多种军用和民用电子器件。
6、磁性功能高分子材料的发展前景[3]、[5]
在磁性功能高分子材料领域中，真正已实用的主要是复合型高分子磁性材料，结构型高分子磁性材料还处于研究探索阶段。
对于复合型高分子磁性材料领域，铁氧体塑料磁性体主要用于家用电器和日用品以及磁疗等领域；稀土类塑料磁性体，可应用于小型精密机电领域。近年来，国内外都有研究者将导电聚合物(聚苯胺、聚噻吩等)与磁性氧化铁复合，这样制得的复合材料具有明显的磁性和导电性双重特征，因而在微波、电磁屏蔽方面具有广阔的应用前景。毋庸置疑的是，在复合
型磁性高分子材料领域中关于新材料、新方法、新性能的研究已取得不少成果，但仍有许多问题需要深入探讨，例如改进合成方法控制材料的结构和性质，使电、磁性匹配达到最优，磁性粒子和导电聚合物之间存在的相互作用，都是有待探讨的问题。另外，制备具有磁光、磁热性能的新型多功能高分子复合材料特别是纳米复合材料，并将其应用于生产和生活也是重要的研究方向。
林肯简介
对于结构型高分子磁性材料领域，在理论研究方面，正从静态铁磁学向动态铁磁学转移。在合成制备方
面，倾向于更合理的分子设计和更有效的合成路线研究。在应用研究方面，由于结构型高分子磁性材料的密度小，易成型故可在航空航天等有特殊要求的磁性器件中取得应用; 又由于结构型高分子磁性材料绝缘性好，不存在涡流，故在微波通讯及电子对抗方面的各类磁发生材料中可获得应用；还由于结构型高分子磁性材料的磁性表现在分子水平上，如果用于磁存储单元，将可极大地提高存储密度，再与有机分子导体，有机分子逻辑元件及开关元
件配合，则可组成完整的有机分子功能块，使计算机技术大为改观。这些诱人的应用前景，使得人们对结构型高分子磁性材料的研究方兴未艾。
7、结语
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屋脊物的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。
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。
参考文献
1曹民干赵张勇张亦驰冯产高分子磁性材料的研究近况 2005
2郭军王新伟李青山等磁性高分子复合材料的现状与发展 2003
3张东华石玉李宝铭功能高分子材料及其应用 2004-12
4徐阳新型磁性材料 2003-06-04
5陶长元吴玲杜军迟海声磁性高分子材料的研究及应用进展2003-04
6黄丽郑旖旎李效玉张金生磁性树脂基复合材料的研究进展2005-12
7赵培仲花兴艳朱金华王源升结构型磁性高分子的研究进展 2005-08