[科普中国]-磁性聚合物

磁性聚合物（magnetic polymer）是指显示铁磁性或者抗强磁性、偏磁性的高聚物。高聚物的磁性主要来自金属离子络合物或有机游离基团。它们可在大分子主链上，也可在悬挂基上。在许多情况下，大分子链内相互作用显示强磁性，大分子链间的相互作用成为抗强磁性，低温下又显示出偏磁性。磁性聚合物的代表是无机高分子CHAC（环已基铵三氯化铜）。1

磁性聚合物研究历来说到磁性材料总是与无机物联系在一起的，所有的磁体都是金属、合金和金属氧化物等。然而近几年有机磁体的工作活跃起来了。早在60年代就已从理论上预言了有机化合物有成为强磁体的可能性，1977~1978年又提出了一维有机铁磁体的理论预言和构成其基态自旋正比于单体单元数的聚合物多自由基的基本原理。众所周知，有机分子具有满层电子结构，基态为单线态是反磁性物质。然而，许多反应中间体是自由基，它们为开壳结构，基态有双线态、双自由基、卡宾等，在氮宾（nitrene）中更有三线态为基态，因此自由基具有宏观顺磁性。基态中没有更高的自旋状态存在，根本原因在于有机分子是共价键合起来的，构成共价键的多为L层电子，能量高，使成键与反键轨道之间的能隙大．分子对称性差，简并轨道少，这正好与过渡金属络合物的情况相反。

磁性聚合物（magnetic polymers）的研究迄今大体可分为两类：(1)多自由基聚合物，其不成对电子贡献于聚合物的磁性；(2)有机化合物为配体的过渡金属螯合型聚合物，其磁性源于过渡金属的d或f电子。

稠环芳烃树脂普通的COPNA树脂都是由稠环芳烃与苯二烷基醇反应得到的，当改用芳香醛反应时就得到磁性树脂。若在磁场存在下进行缩合，磁性更高。如二萘嵌苯与苯甲醛在用苯醌为氧化剂和高压汞灯照射下反应得到的产物就是一种磁性聚合物，葱也可获类似结果。尤其值得重视的是COPNA树脂的磁性重复性很好，而重复性正是磁性聚合物研究中颇令人伤脑筋的问题，所以COPNA树脂的磁性研究具有特殊的意义。

铁磁流体铁磁流体的性能与高磁矩和适当的流变性能有关。聚合物包覆磁性纳米粒子的悬浮液可用于低温冷却、真空密封、转轴的润滑、磁性油墨、印刷系统、邮票、减震系统、扬声器及其他用途呤。在这些应用中，磁性组分通常是磁铁矿，Fe或Co。聚合物壳层可由聚阳离子、酚衍生（amphyphile）聚合物及多元醇等构成。分散液体通常是煤油、水、油或液态金属（Hg，Ga合金）。

铁磁流体中的磁性纳米粒子可以通过加入化学活性剂将其固定或从溶液中分离。这类铁磁流体计划用于环境用途、催化和离子回收等。例如，磁性聚合物聚（1-乙烯咪唑)）纳米复合材料已经用于水中金属离子的选择性分离、回收。2

纤维磁性纳米粒子填充的聚合物具有磁活性并有磁致伸缩性。因此，用这种纤维制成的织物可用于磁屏蔽（军用及民用）以及高应变动作装置。这类材料的例子有：含取向磁性粒子的低密度聚乙烯纤维、填充铁素体纳米粒子的纤维素纤维以及磁性纳米粒子包覆的蜘蛛丝。

总结80年代末磁性聚合物研究进展甚速，当然都还是很初步的，还存在很多问题。从学科发展角度来讲．当前尤须重视和解决的是：

(1)重复性差，同一种聚合物的磁性数据相差甚远，即便同一实验室也难重复，究其原因恐怕高次结构难以控制重复是关键；

(2)结构难以确定，这是与重复性密切相关的，虽曾有试图通过纯化学合成来得到确定结构的聚合物（如三氨基苯的酸性聚合）。但仍不能解决问题，结构难以确定和控制势必影响基础研究的进行。这里也涉及到结构分析方法的完善与提高，如聚丙烯睛热解产物的晶相物质虽具有很好的磁性，但究竟是什么结构、空间群等都还没有报道；

(3)已有的磁性聚合物的剃尔磁化牢和矫顽力都还太小，还称不上是一种满意的磁体。

总之，现在可以肯定的是有机聚合物磁体是存在的，磁性聚合物的研究巳不再是纸上谈兵了，但是一切都还刚刚起步，当前首要任务是尽可能更快的发现更多的新聚合物磁体。

电活性聚合物是当今世界上很活跃的一类功能高分子，自其开始系统研究以来已有十余年了。由于具有极强的应用背景，而且在有些局部已经取得了颇有成效的结果，因此近年来这方面的工作更是方兴未艾。由前面介绍可看到，电活性聚合物的3大分支的进展很不相同：导电聚合物的研究已从大量数据积累步入了较系统和深入的本征研究阶段，应用上也有些成功；NLO特性聚合物的研究还处于从量到质的转变阶段，二阶极化聚合物已研究出电光凋制器件的原型，不过性能（尤其是寿命）尚有较大差距，极化聚合物的基础研究还涉及不深，聚合物三阶效应的研究也待取得更具突破性的进展；磁性聚合物的工作发展甚速，但囚刚刚入门尚需大量的积累。3

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学