复合磁性功能材料的制备、表征及性能研究

论文摘要

复合磁性功能材料的独特性使其在诸多领域得到了广泛应用，并具有巨大的发展潜力。近年来，人们开始从多学科交叉的角度，去开发新型的复合磁性功能材料，其中磁性高分子微球、轻质磁性粉体材料、多功能复合磁性镀层材料是较为突出的几种，虽然这几种复合功能磁性材料的基础研究正在不断深入，其应用也在不断扩大，但仍然存在许多问题值得深入研究：在磁性高分子微球方面，由于目前制备技术和单体选择的局限，使得它们的种类有限，妨碍了应用领域的扩展；在轻质磁性粉体材料方面，如何在难镀基材粉体上有效的进行化学镀，仍然有许多工作要做；而在多功能复合磁性镀层材料方面，功能多样，用途广泛的新型复合磁性镀层的应用开发，是研究者面临的重要课题。因此，本论文的研究对开发这几种复合磁性功能材料的新品种，进一步完善它们的各种性能，使之更能适应实际应用的需要，具有重要的意义。同时也为如何从多学科交叉的角度，去开发新型的复合功能磁性材料，提供了一种新思路和新途径。本论文的主要研究内容及结果如下：1、运用乳化交联技术，在Fe3O4磁性微粒表面上，成功的包覆了交联β-环糊精聚合物，制备出了具有磁导向性交联β-环糊精聚合物微球，讨论乳化剂OP的浓度、β-环糊精用量、环氧氯丙烷用量对磁性微球粒径和磁响应性的影响，确定了最佳制备的条件。利用IR、XRD、EDS、TEM、TG等手段，对磁导向性的交联β-环糊精聚合物微球结构、形态、表面成分进行了表征，证明了该磁性微球形成了核壳式结构。在此基础上，将磁性微球作为靶向药物载体，利用微球中交联β-环糊精聚合物空腔，将不溶药物姜黄素包结于疏水空腔中制成靶向药物，研究了温度、溶液pH值、姜黄素用量对包结反应的影响，同时测定了磁性载体的磁化率、磁响应性、磁定位量、药物缓释率等参数，结果表明交联β-环糊精聚合物磁性微球是一种理想的靶向药物载体。2、利用包埋法，将磁流体分散于海藻酸钠凝胶溶液中，以戊二醛为交联剂，在Fe3O4磁性微粒上成功的包覆了交联海藻酸钠高分子层，获得了交联海藻酸钠磁性微球。研究了海藻酸钠浓度、戊二醛用量和反应温度对微球中Fe3O4和粒径的影响，确定了最佳的制备条件。利用IR、SEM、TG、XRD等手段对交联海藻酸钠磁性微球结构进行了表征，结果表明磁性微球预期的核壳式结构与测试结果基本吻合。利用吸附—交联法，以交联海藻酸钠磁性微球为载体，制备了磁性固定化胰蛋白酶。讨论了给酶量、戊二醛浓度、溶液pH值、吸附时间对固定酶活力的影响，确定了最佳的固定化酶条件。考察了固定酶的酶学性质，结果表明，磁性固定酶的稳定性和催化性能均优于自由酶，交联海藻酸钠磁性微球是固定化酶的理想载体。3、利用化学镀技术，在聚合物粉体上，镀覆了Ni-P-Fe、Ni-P、Co-P磁性镀层，得到了3种磁性聚合物粉，考察了各种因素对磁产率的影响，经正交实验的极差分析和方差分析，得到了最佳化学镀工艺条件。利用SEM、XRD、EDS、激光粒度分析仪、振动样品磁强计测定3种磁性聚合物粉表面镀层的形貌、相结构、组成和含量，以及3种磁性聚合物粉的粒径大小和粒径分布、磁滞回归线，结果表明这3种样品外观基本呈球形，在镀态下为非晶态结构，具有超顺磁性。将3种磁性聚合物粉代替传统的磁性颗粒，配制成磁流变液，考察了这种磁流变液的沉降稳定性，及在磁场下的粘度变化，结果表明，该磁流变液抗沉降稳定性良好，但磁响应性有待进一步提高。4、利用复合电沉积技术，制备了Ni-P-W-α-Al2O3功能复合磁性镀层，讨论了α-Al2O3粒径及分散方式、电流密度、镀液中Al2O3的含量、Na2WO4含量、镀液pH值等因素对镀层外观、沉积速度、镀层中α-Al2O3含量的影响，确定了复合电沉积最佳工艺条件。采用SEM、XRD、EDS测定了Ni-P-W、Ni-P-W-nmα-Al2O3、Ni-P-W-μmα-Al2O3功能复合磁性镀层的形貌、相结构、组成和含量，证明了3种镀层在镀态下以非晶态为主，经热处理后，形成品态结构趋势加强；在镀态下，镀层表面呈现大小不一的包状物，而含α-Al2O3的镀层，表面包状物有所细化，结合EDS给出的组成及含量的结果，表明α-Al2O3己嵌入到镀层中。经测试Ni-P-W、Ni-P-W-nmα-Al2O3、Ni-P-W-μmα-Al2O33种功能复合镀层硬度、抗氧化性能、耐蚀性能，结果表明复合镀层，特别是加入纳米级α-Al2O3复合镀层的硬度、抗氧化性均优于Ni-P-W合金镀层，而耐蚀性能与合金镀层相当，达到了使镀层复合化，以改善磁性镀层性能的研究目的。用类拟的方法制备了Ni-P-W-PTEF磁性镀层，对其结构及性能进行了表征和测试，结果表明，Ni-P-W-PTEF功能复合镀层耐磨性能得到明显改善，而硬度、抗氧化性、耐蚀性与Ni-P-W合金镀层相当。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1.引言
• §1.2.磁性材料的基本性质
• §1.2.1.材料磁性的起因
• §1.2.2.磁化率和材料磁性的分类
• §1.2.3.磁化曲线、磁滞回线及矫顽力
• §1.3.复合磁性功能材料的研究动态
• §1.3.1.磁性高分子微球的制备技术
• §1.3.2.轻质磁性材料的制备技术
• §1.3.3.电沉积复合镀技术
• §1.4.选题背景及主要研究内容
• §1.4.1.研究工作思路
• §1.4.2.主要研究内容
• §1.5.本文的研究意义及特色
• §1.6.参考文献
• 第二章 磁导向性交联β-环糊精聚合物微球的制备及靶向给药性能研究
• §2.1.引言
• §2.2.实验部分
• §2.2.1.仪器和试剂
• §2.2.2.交联β-环糊精聚合物磁性微球的制备方法
• §2.2.3.磁导向姜黄素交联-β-环糊精聚合物磁性微球的制备方法
• §2.2.4.分析测定方法
• §2.2.5.磁性药物微球体外释药实验方法
• §2.3.结果与讨论
• §2.3.1.磁性交联β-环糊精聚合物微球最佳条件的确定
• §2.3.2.交联β-环糊精聚合物磁性微球的形态和结构表征
• §2.3.3.交联β-环糊精聚合物磁性微球磁响应性和磁定位性能
• §2.3.4.交联β-环糊精聚合物药物磁性微球的制备
• §2.3.5.体外释药实验
• §2.4.本章小结
• §2.5.参考文献
• 第三章 交联海藻酸钠磁性微球的制备及固定化胰蛋白酶研究
• §3.1.引言
• §3.2.实验部分
• §3.2.1.仪器和试剂
• §3.2.2.交联海藻酸钠磁性微球的制备方法
• §3.2.3.固定化胰蛋白酶的制备方法
• §3.2.4.胰蛋白酶的活力测定方法
• §3.2.5.固定化酶蛋白载量的测定方法
• §3.3.结果与讨论
• §3.3.1.交联海藻酸钠磁性微球最佳制备条件的确定
• §3.3.2.交联海藻酸钠磁性微球形态和结构表征
• §3.3.3.磁性载体固定化酶的条件选择
• §3.3.4.磁性固定化酶酶学性质测定
• §3.4.本章小结
• §3.5.参考文献
• 第四章 磁性聚合物粉的制备及磁流变性质研究
• §4.1.引言
• §4.2.实验部分
• §4.2.1.仪器和试剂
• §4.2.2.重要溶液的配方子
• §4.2.3.实验方法
• §4.2.4.磁流变液的配制方法
• §4.2.5.测试方法
• §4.3.结果与讨论
• §4.3.1.化学镀Ni-P-Fe最佳工艺条件的确定
• §4.3.2.磁性聚合物粉性能的表征
• §4.3.3.磁性聚合物粉在磁流变液中的初步应用
• §4.4.本章小结
• §4.5.参考文献
• 第五章 Ni-P-W磁性合金镀层材料多功能复合化方法及性能研究
• §5.1.引言
• §5.2.实验部分
• §5.2.1.仪器和试剂
• §5.2.2.工艺流程
• §5.2.3.基体预处理
• §5.2.4.复合电沉积基础镀液的配置和工艺条件
• §5.2.5.镀速的测定方法
• 2O₃含量（共析量）的测定方法'>§5.2.6.镀层中Al₂O₃含量（共析量）的测定方法
• §5.2.7.性能测试方法
• §5.3.结果与讨论
• §5.3.1.复合镀层最佳制备条件的确定
• §5.3.2.复合镀层性能测试和结构表征
• §5.4.本章小结
• §5.5.参考文献
• 全文总结
• 致谢
• 附录攻读博士学位期间发表或待发表的学术成果