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目前,有机高分子/无机材料复合的纳米材料尤其是磁性高分子材料已成为纳米材料中备受关注的领域。磁性高分子材料是纳米四氧化三铁和高分子化合物或聚合物复合的一种新型的功能材料,近二十年来一直是人们的研究热点之一。四氧化三铁作为一种具有很强磁性质的无机物粒子,其磁性质取决于粒子尺寸,纳米粒子往往能够展示出许多不同于宏观固体材料的性质。磁性聚合物纳米复合材料的制备已经成为人们研究重要方向。磁性高分子材料在细胞分离、颜料、催化、包覆、絮凝、调色等诸多的领域有着广泛的应用。本论文制备了磁性四氧化三铁纳米粒子与聚苯乙烯共混体系,分三个部分对共混体系结构、磁性、光谱特性以及界面特性进行研究。
第一部分我们通过水热合成共沉淀法制备了磁性Fe304纳米粒子并针对Fe3O4在分散相的容易聚集现象,采用偶联剂改性的方法使之更加容易分散在界面相里。对产物进行了结构、粒径、磁性能的表征,分析了反应机理。透射电镜照片显示纳米粒子粒径在7nm,X-射线衍射结果显示纳米粒子晶形单一,磁性能测定显示纳米四氧化三铁的剩磁和矫顽力均为零,具有超顺磁性,具有很高的理论研究和实际应用价值。
第二部分我们在制备分散稳定的四氧化三铁磁流液的基础上,用共混法制备磁性高分子材料溶液。并采用紫外吸收光谱、荧光光谱和共振散射光谱探讨了磁场、配比等因素对磁性高分子材料性能的影响。发现随着Fe3O4加入量的变大,Fe3O4的电子与PS的苯环共轭体系的π电子云发生一定程度的重叠,形成类似超共轭效应的体系,使π-n跃迁能量降低;Fe3O4中的-OH作为助色团,发生p-π共轭效应,使电子的活动范围增大,易激发,π-π*跃迁红移。PS的特征荧光峰强度下降可能是分子与Fe3O4晶格间的相互作用,以热的形式失掉部分能量,属于振动弛豫,无辐射跃迁;由于Fe3O4的顺磁性促进了体系跨越,使激发态的荧光分子转成三线态,从而引起荧光猝灭;同时应该还有能量转移的非辐射过程存在。同时我们合成的磁性聚合物纳米复合材料的对磁性的非常好的响应性。
第三部分我们制备了磁性聚合物纳米复合材料的薄膜并通过紫外吸收光谱、荧光光谱和共振散射光谱探讨了配比对磁性高分子材料性能的影响。PS薄膜的紫外吸收峰在260nm,荧光峰位置在325nm。随着Fe3O4/PS磁性聚合物纳米复合材料薄膜中Fe3O4比例的增大,PS的紫外吸收强度下降,荧光光谱中325nm处的荧光峰降低。随着温度的升高,Fe3O4/PS磁性聚合物纳米复合材料薄膜的荧光强度不断的降低,单体峰消失,新增295nm处的肩峰,并且峰位置发生红移,共振光散射峰强度不断的降低,峰位置也发生了红移。