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有关环氧板具有的特殊性质

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        环氧板材料因其尺寸小而具有普通块状材料所不具有的特殊性质,如表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等,从而与普通块状材料相比具有较优异的物理、化学性能。磁性纳米材料由于其在高密度信息存储、分离、催化、靶向药物输送和医学检测等方面有着广泛的应用,已经受到了广泛关注。磁性复合纳米材料是以磁性纳米材料为中心核,通过键合、偶联、吸附等相互作用在其表面修饰一种或几种物质而形成的无机或有机复合材料。随着社会的发展和科学的进步,磁性纳米材料的研究和应用领域有了很大的扩展。磁性材料在信息存储、传感器和磁流体等传统学科领域有着重要的应用。随着纳米材料科学与技术的发展,纳米磁性材料的应用开发日益引起人们的关注,特别是在提高信息存储密度、微纳米器件和生物医学领域的应用潜力巨大。纳米磁性复合材料一般由非磁性绝缘体和分散在它内部的磁性纳米颗粒组成,具有十分特别的磁学性质。纳米颗粒具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性,其小尺寸效应和与基体的高浓度界面以及基体的绝缘性,使得纳米磁性复合材料表现出许多优异的物理和化学性能。

        (1)量子尺寸效应。环氧板材料的能级间距是和原子数N成反比的,因此,当颗粒尺度小到一定的程度时,颗粒内含有的原子数N有限,纳米金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散,纳米半导体微粒则存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道,能隙变宽。当这能隙间距大于材料物性的热能、磁能、静电能、光子能等时,就导致纳米粒子特性与宏观材料物性有显著不同。例如,导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体,磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关,比热容亦会反常变化,光谱线会产生向短波长方向的移动,这就是量子尺寸效应的宏观表现。

        (2)小尺寸效应。当粒子尺度小到可以与光波波长、磁交换长度、磁畴壁宽度、传导电子德布罗意波长和超导态相干长度等物理特征长度相当或更小时,原有晶体周期性边界条件被破坏,物性也就表现出新的效应,如从磁有序变成磁无序,磁矫顽力变化,金属熔点下降等。磁性颗粒的磁学性质随尺寸的变化,与块体磁性材料的多畴结构相比,纳米颗粒具有单畴结构,当颗粒尺寸大于单畴尺寸时,颗粒呈现多畴结构,只有在一个较小的反向磁场的作用下,其磁化强度才能变为0。当颗粒尺寸小于临界畴尺寸时,纳米颗粒的磁自旋将有序排列,矫顽力较高,在单畴区域,矫顽力随着颗粒尺寸的增加而增加。如果磁性颗粒的粒度进一步减小时,材料中电子的热运动将逐渐占主导作用,热运动引起的扰动能超过磁能,使得原有的磁有序发生无序化,呈现超顺磁现象。

        (3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有穿越势垒的能力,称为量子隧道效应。而在马的脾脏铁蛋白纳米颗粒研究中,发现宏观磁学量如磁化强度、磁通量等也具有隧道效应这就是宏观量子隧道效应。它限定了磁存储信息的时间极限和微电子器件的尺寸极限。磁性纳米材料的发展促进了生物工程、医学、药学的发展,其市场的潜力非常大,已成为各国学者研究的重点。目前纯聚合物纳米材料研究主要侧重于合成与表征,环氧板材料的合成和应用正在研究中,实现工业化的并不多,应加强应用研究尽快使其从实验室走向生产。磁性高分子微球的应用比较广泛,除了对其表征之外,今后应加强对磁性高分子微球的磁性起源、结构和性能的关系,如无机物、聚合物对磁性的贡献,无机物之间、无机物与聚合物间的磁相互作用的应用。为了满足纳米复合材料在光学器件、高密信息存储、微电子学领域的应用,对纳米微粒进行二维有序排列—分子自组装已引起了各国科学家的关注。目前来说,磁性纳米材料的应用研究还存在许多难点,要想实现磁性纳米材料的广泛应用,除了依赖化学家合成出具有不同性能、适合于不同用途的纳米材料外,还需要对包括纳米电学、纳米生物学、纳米制造技术、纳米显微学等纳米技术在内的发展进行研究。可喜的是,对纳米材料的研究和应用已引起了各国科学家的兴趣和重视,在我国“高分子磁性材料及磁性原理研究”和“有机/无机纳米复合材料的基础研究”已被列为高分子学科“九九”重点项目。今后必将有更多的科研人员从事这方面的研究,纳米材料必将为人类的发展做出更大的贡献。

2019年12月3日
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