《纳米科技与现代生活》结课论文.doc

《纳米科技与现代生活》

装

订

线

《纳米科技与现代生活》
结课论文

题目：纳米科技与高分子磁性材料

学 院 化学与环境科学学院
专 业 高分子材料与工程　　　
年 级 2011 级
学 号 2011440017
姓 名 钟世龙 　
２０１3年5 月 21日

纳米科技与高分子磁性材料
摘要
利用纳米技术可将现有的高分子材料加以良性的改造，或将纳米科技应用于高分分子材料的合成，尤其是高分子纳米磁性材料的制备，这将对我们的军工、通讯、电子等行业产生不可估计的深远影响。
关键词 纳米技术 高分子磁性材料 纳米磁铁
纳米科技，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新的科技。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，比如表面与界面效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等。如果将这些纳米技术应用于高分子材料工程方面，这将会对高分子材料研究与制备产生不可估量的科技影响。
高分子材料现如今大致可分为三大类——塑料、合成纤维以及合成橡胶。利用纳米粒子的特性，如果对高分子进行相应的改良，这便可以得到具有特殊性能的高分子材料。这不仅会使高分子材料性能变得更加优异，而且还可以将其更多的应用于军事，医疗，微电子等诸多领域。
以下是我个人在参阅其他一些相关文章后对于纳米科技以及高分子磁性材料结合的一个构想以及见解。
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。
普通的具有磁性的无机材料大部分是由铁钴镍等金属氧化物制成。此贴之所以其具有磁性是由于铁原子d轨道上的3个单电子绕核旋转所产生，而其他轨道上电子旋转所产生的磁矩被相互抵消。如果借助纳米科技将铁原子与高分材料相结合，这样不仅会使此种高分子材料具有磁性，而且还可能具有其他普通的高分子磁性材料所没有的特性。
二茂铁是典型的铁金属有机化合物，二茂铁是由两个环戊二烯负离子与二价铁结合而成，而且十分稳定。二茂铁具有夹心面包似的夹层结构，两环交错，呈中心对称，铁原子被夹在两环之间，10个碳原子等同的与二价铁键合，达到十八电子结构。其d轨道上的三个电子并未被破坏掉。所以我认为二茂铁还是具有磁性的，如果将其制成纳米级材料并与高分子材料结合，这将会对高分子材料产生质的良性改造。
纳米级的磁性聚合高分子材料对于未来的电子工业产生深远的意义。比如我们可以将其应用于手机，笔记本等通信设备中，将其替换掉原来的无机类磁性材料，不仅会使得设备的重量下降，而且还会大大增加通讯设备接收无线电波的能力。如果将其应用于军事方面，比如将飞机的表面涂料换作此种具有磁性的纳米高分子材料，便会使其大量吸收无线电波，减少电波的反射，使得雷达难以捕捉其信息，这将对飞机的隐形科技大有帮助。此外如果通过物理方式将具有磁性的无机物制作为纳米级粒子并填充在高分子材料内部，这不仅会大大提升高分子材料的韧度及强度，而且还可以增加其抗静电能力。
另外，在医学上纳米磁性物质又有着不一般的功能。微细的磁性纳米粒子会渗透到癌细胞周围。粒子会粘贴在癌细胞表现的“细胞消灭收容体（DR4）”。 DR4具有可以下达癌细胞自杀命令的功能。在外部晒磁场后纳米粒子就呈现出磁性，向DR4传达自杀命令。受到刺激的癌细胞最终在细胞活性上发生变化，在数日内如蒸发一样消失。如同做梦般的事情有望成为现实。
用这个技术可以干净地去除癌细胞。一般构成骨骼和肌肉的细胞在身体内会不断生成或消失。因为它们具有在适当的时间里下达消失命令的功能。研究组还表示纳米磁铁不仅能杀害癌细胞，还可以应用在传达血管生成信号、免疫信号等必要功能的启动上。将这种纳米级的磁铁如果与有机物结合形成对人体无害的有机食品或药物，那么人体会通过摄取或者注射而接受这些纳米级的磁铁，那么这将对与癌症患者来说是一个重获健康的机遇。
纳米级的高分子磁性材料还是一种来那个好的电介质材料，如果用高分子纳米磁性材料作介质膜，便可以大大增加膜的厚度，相应的其电容会随之增加。利用这一点可以研究微型大容量的电池，此类电池不仅个体小质量轻盈而且储电量大，是未来移动电子设备电源的理想材料。
纳米磁性液体是纳米铁磁性微粒在表面活性剂的包覆下，稳定地分散在载液中而形成的一种胶体体系, 同时具有磁性和流动性, 因此具有许多独特的磁学、流动力学,光学和声学特性, 在工业领域得到广泛的应用。即使处在重力, 离心力, 磁力作用下也不会分离。磁性液体中的纳米级磁性颗粒比单畴临界尺寸还要小, 因此它能自发达到饱和。同时由于粒子内部的磁矩在热运动的影响下任意取向, 粒子呈超顺磁状态, 因此磁性液体也呈超顺磁状态。一旦有外磁场的作用, 分子磁矩立刻定向排列, 对外显示磁性，经测定, 磁性液体在外磁场的作用下, 它的“比重”会随外磁场的变化而变化。变化幅度可以从每立方厘米不足1g到大于20g。以上是目前现有的磁性液体的相关信息。如果将诸如二茂铁类的含铁金属有机化合物制成纳米级的颗粒后然后将其“镶嵌”入有机液体，制备成稳定性能高，表面活性大，磁性强度好的有机磁性液体。这样我们便可以更加用以操控此类有机磁性物质的流动方向以及其用量。这将会对诸多行业尤其是军工，航天，电子等行业产生深远的意义。
另外，近年来纳米磁性液体同样在生物医学领域中的应用也受到人们广泛的关注，它们包括磁性液体细胞内热疗、磁靶向给药系统、磁性粒子- 单克隆抗体核磁共振显像对比剂、生物磁分离等。人们可以通过磁性载药微球的磁靶向给药、磁流体局部热疗和磁控血管内磁性微球栓剂的研究进展。 
总之，将纳米技术应用于高分子磁性材料的开发与研制将会对人们未来的生活产深远的影响，掌握这一技术将会成为衡量一个国家或单位制造高分子磁性材料的能力重要砝码。预计在未来的五到十年纳米科技将广范应用于此类材料的制备与研发，换言之，磁性有机纳米高分子材料不久就会实现市场化商业化，会更多的应用于我们的日常生活之中。
通过本学期对于纳米科技相关知识的学习，我了解到纳米科技必会在人类发展的历史上留下不可忽视的功绩。纳米科技将会在未来科技的发展过程中起到中流砥柱的作用，尤其在电子科技的领域。同时，纳米技术作为一种新兴的科技，将会应用于诸多的科技领域，未来新型高分子材料的研制，也将会不可避免的运用此方面的技术。所以我个人认为，了解并掌握纳米科技的一些相关知识将会对我们这些可能未来从事材料等方面研究的人员大有好处。
主要参考文献
[1]高分子纳米复合材料 欧贵平 百度文库
[2]纳米技术在高分子材料中的应用 沈玉鹏 道客巴巴
[3]高分子有机磁性材料 钟昭明 磁性材料及器件
[4]纳米磁性液体 秦飞 百度文库