磁性金屬復合材料的構筑應用范文

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摘要：復合材料的出現，為社會帶來了一場變革。材料通常由磁性金屬框架構成，磁性粒子具有很多優點，如易分離、可二次使用等。磁性粒子可以和多種材料組合，組成的復合材料性能及特點各不相同，不同種類的復合材料可以分別用在醫藥、工業生產等領域。圍繞復合材料展開討論，主要介紹不同材料和磁性粒子的構筑過程以及應用。

關鍵詞：磁性金屬；有機框架；復合材料；構筑

復合材料的組成方式多種多樣，技術人員可根據具體情況，對其結構組成進行調整。金屬離子、有機配體是復合材料的重要組成部分，改變兩者的種類，能達到調配材料功能的目的。有的復合材料具有面積大、空隙可調等優點，可用作吸附粒子、生物制藥等領域。目前，復合材料的運用十分廣泛，其應用領域還在不斷擴展當中。

1概念介紹

復合材料指的是由金屬和相應的配體分子組成的材料，自然界的金屬種類很多，所形成的復合材料種類豐富。本文所研究的都是結構性能較穩定的復合材料，合成過程比較簡單，且具有良好的使用性能，下面對幾種典型的復合材料進行介紹。

2MOF金屬框架和粒子的組合

該種組合方式是最常見的復合材料構筑方式，其中MOF5類型材料的主要組成部分是對苯二甲酸與Zn4O。該種組合方式分子間空隙較大，有較強的吸附功能，再加上粒子自身具有的磁性，吸附后對分子的分離操作非常簡單。隨著研究的加深，四氧化三鐵被附著到該材料表面，兩者結合靠的是氨基與該系列材料合理的配位，兩者連接的穩定性遠比物理作用要好。化學鍵的結合使得該種復合材料在很多領域上都具有很好的應用價值，例如水源凈化、多環芳烴等。在上述組合的基礎上，研究人員又將SiO2與之結合在一起，在三種復合體的表面利用原位旋涂的方法重新生成MOF5。這種新型復合材料可以將物質中帶有磁性的粒子吸附出來。經過實驗驗證，發現該功能并不影響原有材料的性能。一步生長法是目前制作復合材料最簡便的方法。以MOF-74和三氯化鐵的結合為例。前者為晶體，后者為溶液。兩者一旦接觸就會產生化學反應，從而析出黑色粉末，粉末的成分為α-FeO3，該粉末可以與多種材料配合在一起，形成一系列的MOF材料。形成的新型復合材料可對電池進行充放電，充電速度快且能夠減少充放電對電池的損害。此方法合成材料的優點是：合成條件簡單，材料融合反應過程迅速；有效發揮出材料的性能，材料之間相互輔助且獨立；鈾的還原速度極大提升，傳統的鈾反應過程十分緩慢，此方法的出現很好地解決了這一問題。

3ZIF框架與粒子的結合

該類型的金屬框架，是由鋅、鈷等過渡元素與相應的配位材料組成的，框架具有一定的空間結構。此系列的材料能夠在高溫、堿性環境中工作，材料本身的穩定性不會被破壞，其中骨架穩定性最好的是ZIF-8混合材料。在該液體中加入四氧化三鐵顆粒，放在沸騰的油液當中使其混合，最終得到固體結構的復合材料。表面積大、性能穩定是ZIF系列混合材料的共有特點。針對此種復合材料，研究人員也提出相應的簡易合成方法，配制過程中只需對配制周期進行調整，就能有效控制固體結構的厚度。ZIF合成材料能夠吸附甲基藍，若在堿性溶液中混有甲基藍粒子，此種復合材料對粒子具有較強的吸附性能。吸附完成后，磁性粒子能夠將復合材料從堿性溶液中分離出來，實現對溶液的提純。在Fe3O4、ZIF-8混合材料的基礎上，研究者將銅單質加入其中進行反應，最終得到的材料可作為催化劑使用。主要針對具體的化學反應進行催化，該材料在加快醇類物質的反應速率上有很大的促進作用。與傳統催化劑相比，該材料催化效率明顯提升，物質反應之后復合材料還能再次回收利用。能夠有效節省成本，增加企業的經濟效益。在反應過程中，在條件允許的情況下外加磁場，可進一步提升催化效率。

4HKUST-1與金屬粒子的結合

此種類型復合材料的主要組成部分是單質銅和苯三甲酸，結構穩定、耐高溫是該材料的主要優點。在此復合結構的基礎上，添加其他功能的粒子不會改變原有結構的穩定性。該材料與納米球復合在一起可對金屬離子進行吸附。與粉末狀的Fe3O4結合，可對相應的化學反應起到很好的催化作用。該系列的復合材料在醫療上的應用效果非常顯著，尼美舒利是緩解癌癥的主要藥物，其主要組成就是該復合材料。利用該藥物進行靶向緩釋的主要過程如下：首先需要患者將藥物服下，經過4~5h，藥物逐漸開始釋放，釋放量大約為總藥物量的1/5。接下來就是藥物的常規分解過程，此過程時間較長，患者體內的藥物會在一周之內持續作用，此時3/5的藥物被釋放，對癌細胞的抑制初見效果。最后藥物需要在患者體內充分釋放，并與身體融合，此過程需要5d作用。然后外加磁體，吸附有藥物的癌細胞分離出來，通過醫學手段將癌細胞殺死在患者體內。這種治療方法通常被稱為化療，目前尼美舒利是保守治療癌癥效果最好的藥物。

5MIL材料與粒子構筑的復合材料

MIL系列材料與相應粒子利用混合法復合在一起的。四氧化三鐵在SiO2的修飾下，與MIL材料進行混合，兩者的有效復合是通過靜電作用實現的。該種復合材料對水中的多環芳香烴有良好的吸附效果，能夠有效凈化水源。兩步封裝法是材料復合的又一類方法，MIL系列材料的傳統復合方法為疊層法，兩步封裝在疊層法的基礎上加快合成速度，且不需要復雜的操作步驟。得到的復合材料毒性較低，同樣可以作為醇類物質化學反應的催化劑，且重復利用次數增多。實驗證明，材料在使用八次之后損耗非常少，仍然具有良好的催化作用。利用MIL與金屬粒子混合可制成吸附抗生素的物質，針對的抗生素主要是環丙沙星。此材料的復合是利用共沉淀法完成的，首先將多價鐵元素進行混合，并調節其酸堿度。NH4OH是調節酸堿度的主要物質，當液體pH值達到12左右，就能得到黑綠色的混合產物，黑綠色混合物就是最終成型的復合材料。在對環丙沙星的吸附過程中，吸附效率高達70%，再加上磷酸鹽溶液，可有效提升吸附效率。溫度的變化直接影響物質的吸附效率，溫度越高效率越低，反之越高。若將MIL結構物質用均苯三酸進行替換，MIL-101會變成MIL-100。改變后的MIL材料分子間的孔道直徑變大，是最佳的藥物承載體。醫用藥物利用該物質進行承載的例子很多青蒿素就是利用MIL-100的良好承載能力，實現藥物的緩慢釋放過程。

6UIO系列與粒子構筑的復合材料

UIO材料的主要組成物質是鋯和對苯二甲酸，前者是八面體結構形式，后者數量為十二，通過合理的分子排列，最終組成穩定性較好的UIO系列物質。鋯元素具有較高的熔點，因此形成的穩定性材料適用于高溫高壓的工作環境，在強酸、強堿中同樣適用。下面以UIO-66材料為例，對復合材料合成過程進行探究。第一步，將Ni3（NO3）2（OH）4與液態丙酮充分混合，然后將UIO-66加入到混合液中，攪拌后靜置一段時間。靜置過程中發現混合不充分現象需要再次攪拌。第二步，在水浴環境下加入適量乙醇，溫度保持在443K，加熱3~4h。析出的產物經過洗滌、烘干，就得到最終的復合產物，該產物分子結構空隙較大，在反應過程中電荷傳輸通暢。UIO-66與四氧化三鐵的復合材料也具有較高的醫用性能，此復合物質具有良好的親水性，其中的親水氨基能夠快速收集血清中的糖肽、磷酸肽。

7結束語

綜上所述，通過幾種典型的復合材料構筑和應用案例，讓人們更加系統地了解其特征和相關功能。復合材料是在傳統材料研發的基礎上衍生出來的，性能更加優良。近年來，復合材料已經滲透到很多領域，促進了社會的進步和發展。目前新型復合材料還在不斷研制當中，復合材料還具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]高正平，畢兆億，王曉紅.磁性金屬纖維與樹脂混合物的有效介電常數和有效磁導率的預測[J].航空材料學報，2007（5）.

[2]李祥子，魏先文.磁性金屬納米管的制備、形成機理及潛在應用[J].化學進展，2012（11）.

作者：張寧 陳婉秋 單位：河南工學院