磁性復合膜的制備、表征及性能研究.pdf

1、磁性聚合物膜既具有磁記錄、磁分離、吸波縮波等磁特性，又具備質(zhì)輕柔韌、易加工的高分子特性，從而可以在功能性記憶材料、膜分離材料、隱身材料、微波通訊材料等多種軍用民用領(lǐng)域獲得應用。但由于結(jié)構(gòu)型磁性聚合物的合成很困難，直接利用結(jié)構(gòu)型磁性聚合物制備磁性膜現(xiàn)階段還難以實現(xiàn)。將無機磁性材料與聚合物復合是制備磁性聚合物膜的重要途徑，傳統(tǒng)的共混型或粘接型無機磁粉-聚合物膜難以具備高性能?，F(xiàn)有制備磁性無機粒子/聚合物復合膜的方法，在促使納米粒子的有序排列

2、和簡化制備條件等方面還有所不足。 在認識無機磁性粒子、聚合物微孔膜性質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合模板合成和原位化學反應的方法，本論文提出了一種新穎的復合膜制備方法——“膜相滲透原位化學反應”。該方法中，化學反應組分通過在微孔膜中的受限擴散，實現(xiàn)在膜孔中的原位化學反應，在基膜中引入功能性組分，從而達到對微孔膜孔道的物理修飾和化學修飾，制備具有多種功能的復合膜。采用這種的方法，分別以聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）為基膜，使Fe3

3、O4、Ni 及Ni Co等納米級磁性粒子原位生成于基膜微孔中，得到多種外觀均勻、具有良好力學性能和磁性能的無機納米粒子/聚合物復合膜；進一步研究了采用該方法制備兼具有磁性和導電性的無機/有機復合膜。實驗研究了制備不同磁性納米粒子/聚合物膜的最佳實驗條件，同時考察了外加電場對膜相滲透過程的影響以及對最終復合膜的性能的影響。采用X-射線衍射（XRD）和紅外光譜儀（FI-IR）對所制備的復合膜的組成和微觀結(jié)構(gòu)進行了表征。通過掃描電鏡考察了復合

4、膜表面及斷面微觀形貌?；ぜ皬秃夏さ哪た讌?shù)通過膜孔徑測定儀測得；采用干濕稱重法測定基膜及復合膜的孔隙率。并且通過差示掃描量熱分析，測試復合膜熱穩(wěn)定性的變化，結(jié)合全反射紅外光譜，推測磁性粒子與聚合物基體膜的復合機制。采用古埃磁天平和振動樣品磁強計測試復合膜的磁性能；四探針測試儀測試其電導性；實驗對磁性復合膜的應用性能進行了初步探討，通過自制的氣體滲透裝置測試了復合膜的氣體滲透性；通過3mm波段反射率測試場測試其雷達吸波性能。 以

5、PVDF微孔膜為基膜，選擇鐵氧體Fe3O4為無機磁性粒子，在優(yōu)化實驗條件下制得的Fe3O4/PVDF復合膜磁化率達到4.41×10-2cm3·g-1，Wfe為44.37％。X-射線衍射配合紅外光譜分析結(jié)果表明，PVDF基體膜中原位生成的鐵氧化物晶粒為Fe3O4，計算得晶粒大小為60-80nm。Fe3O4/PVDF復合膜的膜厚、孔隙率與原來的PVDF基體膜相比變化不大，但復合膜的平均孔徑、最大孔徑明顯減小，孔徑分布范圍變窄。控制反應時間以

6、控制Fe3O4在膜孔中的生成量可以有效控制膜孔徑和孔徑分布。氣體滲透實驗表明，F(xiàn)e3O4/PVDF磁性復合膜對于O2滲透速率的影響較對于N2、CO2的影響大，但未磁化的復合膜對N2 、O2、CO2的分離效果不明顯。納米Fe3O4的引入使得復合膜相比于空白PVDF基體膜，熱紅外輻射率有所降低，并具有一定的電磁波吸收能力，衰減反射達-3.6dB。 相對金屬氧化物而言，鐵磁性金屬粒子的磁性能更優(yōu)越，所以，選擇Ni粒子作為無機粒子，P

7、TFE微孔膜為基膜，在優(yōu)化條件所制得的磁性復合膜的單位質(zhì)量磁化率可達2.03×10-2cm3·g-1。研究表明，孔道中沉積的Ni粒子為納米量級，鎳與基膜結(jié)合緊密，沒有形成化學鍵。 為進一步提高或調(diào)節(jié)復合膜的磁性，將鐵磁性鈷和鎳粒子進行復配，以PTFE微孔膜為基膜，通過膜相滲透法在優(yōu)化條件下制得了NiCo/PTFE磁性復合膜，其單位質(zhì)量磁化率達0.16cm3·g-1，飽和磁化強度Ms為83.38Am2·kg-1，剩磁Mr為29.3

8、1Am2·kg-1，矯頑力Hc為111.47Oe，具有軟磁材料的內(nèi)稟性能。XRD確定磁性復合膜中的磁性粒子為Ni， Co 共存，其中Ni晶格為面心立方結(jié)構(gòu)，Co以六方緊密堆積和面心立方混和結(jié)構(gòu)共存。SEM結(jié)果表明，金屬粒子在PTFE膜孔中為球形顆粒；當在制備過程中引入外加電場作用后，復合膜中的磁性粒子的粒徑分布范圍為0.25-0.31μm，相比不外加電場作用的0.28-0.78μm而言，粒徑更小，粒徑分布更為集中。雷達吸波測試結(jié)果表明，

9、外加電場作用下制備的NiCo/PTFE磁性復合膜在75-96GHz波段范圍內(nèi)，衰減反射均在-10dB以上，并在84.3GHz時達到-15.5dB，達到了隱身材料的應用要求，NiCo/PTFE磁性復合膜是一種有實際應用價值的新型微波吸收材料。 本文進一步探討了采用膜相滲透原位化學反應法制備兼具磁性和導電性的Ni/PANI/PTFE復合膜的過程。所制得的復合膜材料的單位質(zhì)量磁化率為3.11×10-3cm3·g-1，電導率為1.22×