近年来，聚合物基磁性金属和金属氧化物纳米微粒的研究方兴未艾，这是由于聚合物基纳米微粒具有优于单一的、表面“裸露”的纳米微粒的综合性能，从而在高密度信息存储、微电子传感器、有机发光材料和靶向药物等方面有着广泛的用途。本文选用了三种聚合物基体：苯乙烯-马来酸酐无规共聚物(SMA)、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)和柠檬酸开环的聚己内酯(PCL-COOH)，通过原位还原法，制备了三种非晶态聚合物基钴纳米微粒：SMA-Co，SBS-Co和PCL-Co，并且对它们进行了真空热处理、表层氧化和深层氧化等后续处理。本文还应用鲜见报道的高分子金属络合物热解法，由SMA-Co2+和SBS-Co2+，成功制备出晶态SMA-Co和SBS-Co纳米微粒。而且，对以上聚合物基钴纳米微粒及其氧化物的微结构和磁性能进行了研究。研究结果如下： 1)通过原位还原法制备的聚合物基钴纳米微粒为非晶态，室温下呈现超顺磁性。由于表面受到聚合物的包裹，其饱和磁化强度比本体材料低得多，矫顽力趋近于零，但表面磁各向异性比本体材料强。同时，它的这些磁性能也不同于表面“裸露”的钴纳米微粒。上述聚合物基钴纳米微粒经过真空热处理，伴随着聚合物基体的受热分解碳化，钴纳米微粒由无定型态逐渐转变为晶态，粒径逐渐增大，而且由超顺磁性过渡到铁磁性。我们还发现，在具有相同钴金属含量、采用同一种方法制备的聚合物基钴纳米复合物中，不同聚合物基体与被其包裹的钴纳米微粒的表面相互作用不同，从而对钴纳米微粒的表面磁矩和表面磁各向异性产生不同的影响。例如，具有相同金属含量的SMA-Co和SBS-Co，由于前者SMA中羧基对Co纳米微粒表面有配位钉扎效应，而后者SBS只与纳米微粒表面存在静电吸附作用，所以室温下SMA-Co的矫顽力比SBS-Co大，而前者饱和磁化强度比后者小。进一步研究表明，聚合物基钴纳米微粒经过真空热处理之后，聚合物分解的残基仍吸附在钴纳米晶的表面，并影响它的表面磁结构和相应的磁性能。对于同一种聚合物基体，不同的制备方法也影响制得的钴纳米微粒的尺寸、结构和磁性能，即便是同一种制备方法，其它因素如溶剂的种类、真空热处理的温度等对钴纳米微粒尺寸、形貌和结构也有影响。 2)我们采用了室温双氧水和恒温热空气氧化两种方法，分别对SBS-Co纳米微粒进行了表层氧化。两种方法氧化后均得到了“核-壳”式纳米复合微粒，但是室温双氧水氧化得到了Co-Co3O4，恒温热空气氧化得到了Co-CoO。由于铁磁性的“核”与反铁磁性的“壳”层之间的磁交换耦合作用，两种方法氧化后得到的纳米复合微粒矫顽力都升高，饱和磁化强度都下降。但是，在磁场下从300K降温至80K，测得后者有偏置场存在，而前者却没有，原因在于Co-Co3O4纳米复合微粒中Co3O4的奈尔温度只有40K，而Co-CoO中CoO的奈尔温度为290K。我们对不同的氧化时间和氧化温度对纳米复合微粒的影响也进行了研究，确认上述两种氧化过程都是扩散控制的机理，即可以通过控制氧化条件来控制纳米微粒表面氧化层的厚度，从而调节改善聚合物基Co纳米微粒的磁性能。 3)深度氧化采用的是高温热空气氧化法，PCL-Co和SBS-Co经过深度氧化得到表面被碳包裹的PCL-Co3O4纳米晶和SBS-Co3O4纳米晶。研究表明两者的表面微结构和磁性能不同。通过高分辨电镜、X射线能谱、和X射线衍射等综合手段，发现在PCL-Co3O4纳米晶表层与碳接触的界面处，钴原子严重配位不足，存在大量氧填隙；而在PCL-Co3O4纳米晶的内部，氧原子配位不足，存在大量钴填隙。而且纳米晶表面晶格缺陷比内部多。这种表面与内部微结构的差异导致表面“壳”层和内部“核”中电子自旋状况大不相同而产生强交换耦合作用。另外，通过傅立叶变换红外光谱测得仍有大量的聚合物分解产物(如酯基和-C-OH等)残留在Co3O4纳米晶的表面，这些残基对纳米晶表面仍有钉扎作用，这个钉扎场使得Co3O4纳米晶的表面磁各向异性增强，表现为在300K温度时测出该Co3O4纳米晶具有300Oe的矫顽力，在8T的磁场下磁滞回线仍是开口的，并且在4.2K时测得偏置场为318.8Oe。这些磁性质既不同于本体反铁磁性Co3O4块材(300K时矫顽力为零)，又不同于SBS-Co3O4纳米晶(4.2K时测得偏置场为零)。 4)用同样表征手段，我们还对出自SMA基体、深度氧化得来的CoCr2O4纳米晶的表面和内部结构进行了研究，也测得有聚合物分解产物(如-C-OH等)残留在CoCr2O4纳米晶表面，对纳米晶表面产生钉扎作用。并且在纳米晶表面发现大量晶格畸变，而内部晶格缺陷较少，表层存在大量氧填隙，而内部存在大量氧空位，这些使得表面电子自旋无序度比内部要大得多，从而使得表面与内部之间也产生交换耦合作用，测得该纳米晶的居里温度为82K，在5K时矫顽力为7953.2Oe，偏置场为384.7Oe，而本体CoCr2O4块材的居里温度为95K，即使在5K时磁场冷却条件下也没有偏置场。 5)除此之外，我们对无规共聚物包裹的钴纳米微粒自组装，嵌段聚合物中钴纳米微粒的自组装，和外加磁场诱导下的Co和Co-CoO纳米微粒的有序排列也进行了有益的初步探索。发现在弱相互作用占主导地位的SBS-Co纳米复合物体系中，Co纳米微粒由于静电吸引而相对集中在聚丁二烯嵌段相中，在嵌段比约1：1的嵌段共聚物SBS中自组装成规整排列的层状结构。这个发现有别于通常金属纳米微粒在强相互作用诱导下在嵌段共聚物中的自组装，如最近报道的Co纳米微粒在带有配位基的苯乙烯和2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物(PS-b-P2VP)中的有序自组装。我们这项工作大大拓宽了以嵌段共聚物为模板实现磁性纳米微粒有序自组装的研究范围。 以上研究表明，聚合物基体不仅有包裹金属或氧化物纳米微粒使之难以聚集的作用，而且通过聚合物基体与纳米微粒表面的相互作用，改变纳米微粒的表面微结构，从而使得无论是铁磁性的(Co，CoCr2O4)还是反铁磁性的(Co3O4)纳米微粒的磁性能，既与本体材料不同，也与表面“裸露”的纳米微粒不同。而且，不同聚合物基体与被其包裹的金属纳米微粒表面间相互作用强弱不同，从而对金属或氧化物纳米微粒的表面微结构和磁性能产生不同的影响。搞清这些影响是进一步为聚合物基无机纳米材料的设计与实际应用提供了理论和实验依据。另外，还可以通过可控的氧化方法来调节改善聚合物基Co纳米微粒的磁性能。总之，本文所述研究工作具有重要的理论意义和潜在的应用价值。