一種分子級別磁性高分子的可控合成及其自組裝

《一種分子級別磁性高分子的可控合成及其自組裝》是依託天津大學，由任麗霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：一種分子級別磁性高分子的可控合成及其自組裝
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：任麗霞
• 依託單位：天津大學

項目摘要

隨著磁性材料在軍用、民用各領域的套用越來越廣泛，磁性高分子的設計與合成愈顯重要。然而, 縱觀近幾十年來磁性高分子的研究進展，其合成方法主要依靠於磁性顆粒對聚合物的摻雜得到複合型磁性高分子材料，而不是真正意義上分子級別的磁性高分子。為數不多的結構型磁性高分子存在合成複雜，產物穩定性、溶解性差等缺點。本項目擬設計合成降冰片烯類含有磁性基元四鹵合鐵的離子液體型單體，並採用Grubbs試劑催化的開環易位聚合（ROMP）方法，合成結構可控的分子級別磁性高分子及其嵌段聚合物。最佳化ROMP聚合過程的條件，提高聚合物的控制性，研究聚合物結構與磁性能的關係，以揭示影響聚合物磁性能的因素，為製備磁性可調節、易功能化的磁性聚合物提供新的策略。初步研究其共聚物的自組裝行為，探索其潛在套用。本項目研究可以開闢磁性聚合物可控合成與功能化的新的有效途徑，為磁性材料的系統研究與套用提供理論基礎。

結題摘要

隨著磁性材料在軍用和民用領域的套用越來越廣泛，磁性高分子的設計與合成越來越重要。常見的磁性高分子材料主要是通過無機磁性顆粒對聚合物摻雜製備，材料性能受兩者的相容性影響。與之對應，結構型磁性高分子的磁性來源於聚合物本身。然而此類聚合物大部分都是含有自由基以及共軛的主鏈結構，其溶解性能的加工性能較差。近期，研究人員報導了以四鹵合鐵為陰離子的離子液體具有一定的順磁性質。而對於類似磁性基元的磁性聚合物的報導在國際國內還比較少。 本項目首先設計合成了一系列含有不同烷基連線基團的四鹵合鐵烷基季銨鹽修飾的降冰片烯單體，研究不同條件：溶劑、氧氣、催化劑類型等對其聚合的影響，最佳化反應條件，利用開環易位聚合製備磁性聚合物。聚合動力學研究發現，對磁性單體的直接聚合不符合活性聚合的規律；而採用現對反離子為氯離子的季銨鹽單體進行聚合的動力學則呈現活性聚合特徵，進而與三氯化鐵絡合可以製備結構可控的磁性聚合物。由於氯離子與三氯合鐵的複合是高效、定量的反應，通過這種方法可以高效、快捷地製備結構可控的磁性聚合物。同時也可以方便製備磁性嵌段聚合物，並對其自主裝進行初步研究。 相似的，我們設計合成了一些列不同結構的四氯合鐵咪唑鎓鹽降冰片烯單體，最佳化聚合條件製備不同結構的咪唑鎓鹽磁性聚合物。利用超導量子干涉對所合成的磁性單體及其聚合物進行表征。研究結果表明：同一結構的單體和聚合物，單體的磁性能優於聚合物磁性能；對於相似結構的磁性聚合物，其磁性大小在連線基團為適中長度的烷基鏈時磁性能達到最優，相應的單體呈現了磁性能由順磁到超順磁乃至鐵磁性的轉變；對於相同結構的聚合物，其分子量對磁性能的影響較小，在聚合度為100-200之間磁性聚合物的磁化率較高；對於含有不同鹵素取代的四鹵合鐵銨鹽聚合物中，溴氯共同取代的四鹵合鐵鹽磁性較單一的四氯合鐵鹽磁化率較高。 設計合成了不同磁性基元含量的主鏈型磁性聚合物，四氯合鐵季胺化聚乙二胺，研究了其分子結構、分子量以及磁性基元含量等對其磁性能的影響，發現線性聚合物的磁性能較支化聚合物優；聚合物磁化率隨磁性基元的含量增加，幾乎呈正比關係；分子量對主鏈型磁性聚合物性能影響不大。 本項目設計合成一系列不同結構的磁性聚合物，研究其結構與性能的關係，揭示了影響聚合物磁性能的關鍵因素，為製備磁性可調節、易功能化的磁性聚合物提供新策略，為磁性高分子的系統研究與套用奠定基礎。