含二茂铁腈基聚合物及其电磁功能复合材料研究

发布时间：2017-09-14 19:32

  本文关键词：含二茂铁腈基聚合物及其电磁功能复合材料研究

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【摘要】：由于高分子材料的结构具有可设计性,因此可以根据不同的使用需求,通过改变高分子材料主链和侧链中碳原子之间的连接顺序、用杂原子取代碳原子、引入功能基团等方式可以获得极其丰富的高分子资源。同时与传统无机材料相比,高分子材料具有加工工艺简便,密度小,部分高分子可以循环使用等优势,使得高分子功能材料作为现代信息材料的主要组成部分,发挥着愈来愈重要的作用。其中在电子信息领域,磁性功能高分子发展较快,围绕这一点展开了本论文的研究工作。二茂铁高分子磁体作为磁性功能高分子家族中的主要成员,成为现代材料科学的重要研究课题之一。这主要归结为二茂铁有机磁性材料在较高频率(HF)下,具备电磁损耗低、材料密度小、耐温宽和耐辐照等特性。因此比起其他有机磁性材料,例如含自由基磁性高分子、含富勒烯有机磁体、导电金属有机磁体等,二茂铁有机磁性材料具有自身独特的优势和良好的应用价值。但是由于该体系材料微波吸收较弱,在电磁屏蔽方面应用有限,且主要是粉末状有机磁体,难以满足多元化的实际需求。因此基于以上的不足,本文首先制备得到了二茂铁基有机磁性预聚物(FOM)。分析了FOM分子磁性起源、形成特殊形貌分子团簇的机理以及热处理对FOM磁性和电磁吸收性能的影响。分别通过引入金属酞菁环和稀土金属氧化物掺杂等方式,增强FOM分子之间的电子相互作用,实现了对FOM电磁波吸收性能的增强。此外利用原位复合的方法,制备得到了具有微纳米球结构的有机无机复合材料,实现了FOM磁性材料的结构多元化,并通过增强杂化微球之间以及杂化微球内部有机相和无机相之间的界面极化进一步实现了FOM磁性能和微波吸收性能的增强。同时通过与特种工程塑料聚芳醚腈进行复合,制备了具有优良力学性能的磁性复合膜,进一步拓展了FOM的使用范围。具体研究内容如下:(1)通过Mannich反应合成了含二茂铁-苯并VA嗪环的双邻苯二甲腈单体。并通过单体中的VA嗪环部分开环,得到了FOM。仔细分析了FOM磁性和分子结构的关系。利用振动样品磁强计和网络矢量分析仪分别研究了FOM的磁性能和电磁微波参数,以及高温热处理对FOM磁性和电磁微波参数的影响。在磁场诱导下,获得了FOM分子团簇,制备得到了FOM磁性薄膜。研究表明FOM分子内存在的n-π*和π-π*电子共轭作用赋予了FOM稳定的磁性,其在宽频范围内具有一定微波吸收性能。高温处理起到了增强FOM磁性和微波吸收性能的作用。(2)分别引入Cu+,Ni2+,Co2+等离子,在温和反应条件下合成得到了含有金属酞菁环二茂铁基磁性材料MPc-FOM。结果表明,由于金属酞菁环增强了FOM体系电子共轭作用,使材料磁性有较大提高,同时发现在电磁波频率逐渐升高的过程中,其产生了较好的微波吸收特性。(3)为进一步提高有机磁性材料的磁性和微波吸收性能,本文采用一步原位杂化法合成得到了有机金属磁性材料/四氧化三铁杂化微球。利用扫描电镜和透射电镜对杂化微球的形貌进行研究发现,通过改变实验条件,所制备的杂化微球粒径可以在几十纳米到300纳米范围内变化。磁性和微波吸收性能测试表明:杂化微球具有很高的饱和磁化强度,最高可以超过70 emu/g。杂化微球表现出了与FOM和MPc-FOM不同的电磁性能,特别是微波电磁损耗在X-Ku带表现出了特定的强吸收。(4)为了满足对有磁性材料多样性的需求,本文以特种工程塑料—聚芳醚腈(PEN)为基体,制备得到了多种有机磁性薄膜。其中采用流延法将CoPc-FOM/四氧化三铁杂化微球与PEN复合得到的磁性复合膜,具有优良的力学性能和耐热性。
【关键词】：二茂铁 复合材料 磁性 电磁性能 电子相互作用
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 有机磁性材料的研究进展14-21
• 1.1.1 纯有机磁性材料的研究现状14-16
• 1.1.1.1 含自由基磁性高分子14-16
• 1.1.1.2 含富勒烯有机磁体16
• 1.1.1.3 热解聚丙烯腈16
• 1.1.2 含金属的有机磁性材料16-21
• 1.1.2.1 含金属的有机磁性材料发展概况16-17
• 1.1.2.2 电荷转移络合物有机金属磁体17-18
• 1.1.2.3 高分子金属螯合物磁性材料18
• 1.1.2.4 金属离子组成的有机磁体18-19
• 1.1.2.5 金属离子和自由基组成的有机磁体19-20
• 1.1.2.6 特殊的有机/无机夹层磁体20
• 1.1.2.7 导电金属有机磁体20-21
• 1.2 二茂铁系功能材料研究21-23
• 1.2.1 二茂铁的基本物化性能21-22
• 1.2.2 二茂铁基液晶化合物22
• 1.2.3 二茂铁磁性材料22-23
• 1.3 本论文的研究思路23-25
• 第二章 二茂铁有机磁性材料的制备及相关性能研究25-45
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验原料和测试仪器26-27
• 2.2.1 实验原料26
• 2.2.2 测试仪器26-27
• 2.2.2.1 形貌表征26
• 2.2.2.2 傅里叶红外分析(FTIR)26
• 2.2.2.3 差示扫描量热仪分析(DSC)26
• 2.2.2.4 热失重分析(TGA)26
• 2.2.2.5 样品磁性能测试(VSM)26
• 2.2.2.6 微波电磁性能测试26-27
• 2.2.2.7 紫外-可见吸收光谱分析(UV-Vis)27
• 2.3 实验部分27-28
• 2.3.1 含二茂铁-双端基邻苯二甲腈-苯并VA嗪单体的制备27
• 2.3.2 含二茂铁-双端基邻苯二甲腈-苯并VA嗪磁性树脂(FOM)的制备27-28
• 2.3.3 FPNBZ预聚物的制备28
• 2.3.4 高温处理FOM样品的制备28
• 2.3.5 FOM分子团簇及磁性薄膜的制备28
• 2.4 结果与讨论28-44
• 2.4.1 FOM的结构表征、磁性机理和电磁微波参数研究28-34
• 2.4.1.1 FOM的结构表征28-30
• 2.4.1.2 FOM的磁性研究和磁性机理分析30-32
• 2.4.1.3 FOM的电磁参数研究32-34
• 2.4.2 高温处理对二茂铁磁体性能的影响34-39
• 2.4.3 FOM的分子团簇及磁性薄膜性能研究39-44
• 2.5 本章小结44-45
• 第三章 稀土金属掺杂及金属酞菁环对二茂铁有机磁体性能影响研究45-65
• 3.1 引言45-46
• 3.2 实验原料和测试仪器46-47
• 3.2.1 实验原料46
• 3.2.2 测试仪器46-47
• 3.2.2.1 元素含量分析46
• 3.2.2.2 傅里叶红外分析(FTIR)46
• 3.2.2.3 热失重分析(TGA)46
• 3.2.2.4 样品磁性能测试(VSM)46
• 3.2.2.5 微波电磁性能测试46-47
• 3.2.2.6 紫外-可见吸收光谱分析(UV-Vis)47
• 3.3 实验部分47
• 3.3.1 Eu_2O_3掺杂二茂铁有机磁体样品的制备47
• 3.3.2 含金属酞菁环的二茂铁有机磁体样品的制备47
• 3.4 结果和讨论47-64
• 3.4.1 Eu_2O_3掺杂二茂铁有机磁体样品(Eu-FOM)的表征和电磁性能47-50
• 3.4.2 含酞菁铜的二茂铁有机磁体(CuPc-FOM)的制备及性能研究50-55
• 3.4.3 含酞菁钴的二茂铁有机磁体(CoPc-FOM)的制备及性能研究55-60
• 3.4.4 含酞菁镍的二茂铁有机磁体(NiPc-FOM)的制备及性能研究60-64
• 3.5 本章小节64-65
• 第四章 二茂铁基有机磁体/四氧化三铁纳米复合磁性材料的制备和性能研究65-85
• 4.1 引言65-66
• 4.2 实验原料和测试仪器66-67
• 4.2.1 实验原料66
• 4.2.2 测试仪器66-67
• 4.2.2.1 形貌表征66
• 4.2.2.2 X射线衍射仪(XRD)66
• 4.2.2.3 热失重分析(TGA)66
• 4.2.2.4 样品磁性能测试(VSM)66
• 4.2.2.5 微波电磁性能测试66-67
• 4.3 实验部分67
• 4.3.1 FOM/Fe_3O_4杂化微球的制备67
• 4.3.2 CuPc-FOM/Fe_3O_4杂化微球的制备67
• 4.3.3 CoPc-FOM/Fe_3O_4杂化微球的制备67
• 4.3.4 NiPc-FOM/Fe3O4杂化微球的制备67
• 4.4 结果与讨论67-84
• 4.4.1 FOM/Fe_3O_4杂化微球的结构表征、磁性和电磁微波参数研究67-72
• 4.4.2 CuPc-FOM/Fe_3O_4杂化微球的结构表征、磁性和电磁微波参数研究72-76
• 4.4.3 CoPc-FOM/Fe_3O_4杂化微球的结构表征、磁性和电磁微波参数研究76-80
• 4.4.4 NiPc-FOM/Fe_3O_4杂化微球的结构表征、磁性和电磁微波参数研究80-84
• 4.5 本章小节84-85
• 第五章 二茂铁基磁性材料-聚芳醚腈磁性薄膜的制备及性能研究85-100
• 5.1 引言85-86
• 5.2 实验原料和测试仪器86-87
• 5.2.1 实验原料86
• 5.2.2 测试仪器86-87
• 5.2.2.1 形貌表征86
• 5.2.2.2 热失重分析(TGA)86
• 5.2.2.3 样品磁性能测试(VSM)86
• 5.2.2.4 傅里叶红外分析(FTIR)86
• 5.2.2.5 差示扫描量热仪分析(DSC)86
• 5.2.2.6 力学性能测试86-87
• 5.3 实验部分87
• 5.3.1 二茂铁有机磁体-聚芳醚腈磁性薄膜的制备87
• 5.3.1.1 FOM/端基封端聚芳醚腈PEN-CN磁性薄膜的制备87
• 5.3.1.2 FOM/侧链封端聚芳醚腈PEN-PCN磁性薄膜的制备87
• 5.3.2 CoPc-FOM/Fe_3O_4@双酚A型聚芳醚腈复合磁性膜的制备87
• 5.4 结果与讨论87-98
• 5.4.1 FOM/PEN-CN磁性薄膜的结构和性能研究87-91
• 5.4.2 FOM/PEN-PCN磁性薄膜的结构和性能研究91-95
• 5.4.3 CoPc-FOM/Fe_3O_4@PEN磁性薄膜的结构和性能研究95-98
• 5.5 本章小结98-100
• 第六章 全文总结与展望100-102
• 6.1 全文总结100-101
• 6.2 后续工作展望101-102
• 致谢102-103
• 参考文献103-114
• 攻读博士学位期间取得的成果114-116

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 林云;干久志;魏克珠;邓科;陈杰;林展如;;二茂铁有机磁体/陶瓷磁性复合材料的缩波功能及应用[J];功能材料;2006年11期

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本文编号：851926